Agentes de Morte: Bactéria e Vírus

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La diversidad de procariontes 
y virus
E s tu d io de caso
Agentes de muerte
EN E L O TO Ñ O DE 2001, un tem or albergado 
durante años se convirtió en una terrib le realidad 
cuando los residentes de Estados Un idos fueron 
atacados con un arm a bio lógica. E l arm a, que 
mató a c inco personas e h izo que otras seis 
enferm aran g ravem ente, e ra un sim ple cultivo 
de bacterias. Las bacterias se colocaron en 
sobres y fueron en v iad as por correo a las 
o fic inas del Senado , en W ash ing ton , D .C., y a 
las o ficinas d e algunos m edios de com unicación, 
donde las v íctim as q u e abrieron los sobres, 
aparentem ente inofensivos, las inhalaron. El 
ataque, aunque re lativam ente m enor, nos enseña 
de m anera dram ática la posibilidad y e l potencial 
poder destructivo d e un ataque d e m ayores 
dim ensiones.
la bacteria q u e se utilizó en e l a taque fue el 
B ac illu s a n th ra c is , causante d e la en ferm edad 
del án trax . Po r lo genera l, la bacteria Bacillus 
a n t h ra c is infecta an im ales dom ésticos, como 
cabras y o ve jas , pero tam bién puede infectar 
seres hum anos. La bacteria e s un agente 
infeccioso pe lig roso , frecuentem ente m ortal, 
con p rop iedades q u e la hacen especialm ente 
atractiva para quienes desarro llan armas 
b io lóg icas. Las bacterias d e ántrax se aíslan 
fácilm ente d e an im ales infectados, son baratas 
y fáciles d e cu ltivar en grandes cantidades y. 
una vez obten idas, pueden secarse y 
conservarse en form a d e po lvo que perm anece 
activo durante m uchos años. E l p o lvo puede 
ser fácilm ente u tilizado com o a rm a si se 
coloca en la cabeza de un m isil o en a lgún otro 
d ispositivo , y una pequeña cantidad puede 
in fectar a un núm ero considerab le d e personas. 
Las á reas contam inadas con bacterias d e ántrax 
son m u y d ifíciles d e descontam inar.
Desde e l ataque, no cabe la m enor 
duda que g ran parte d e la capacidad para 
defenderse d e los ataques b io lóg icos reside 
en e l conoc im iento d e los m icrobios (com o 
se denom ina com únm ente a los organ ism os 
unicelulares) que pueden u tilizarse com o arm as 
b io lóg icas. E l cam ino a seg u ir para poder 
ob tener e l conocim iento necesario que nos 
ayudará a d etec tar un ataque, destru ir m icrobios 
peligrosos en e l am biente , p reven ir y com batir 
las infecciones, e s e l de la Investigación 
c ientífica de los m icrobios. A fortunadam ente, 
los b ió logos ya saben bastan te acerca d e los 
m icroorgan ism os. En este cap itu lo exp lorarás 
parte d e ese conocim iento .
▲ Unos trabajadores se preparan para descontaminar las ofici­
nas del Senado, en Washington, D.C., después de que fue blanco 
d e un ataque con un arm a biológica.
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3 5 6 E v o l u c i ó n y d i v c r s i d j d d é Ij v i d a
f -----------------------------------------------
De un v is ta z o
Estu d io do caso A g en tes d e m uerte
1 9 .1 ¿ C u á le s o rg a n is m o s s o n m ie m b ro s 
d e lo s d o m in io s A r c h a e a y B a c te r ia ?
l a s bacterias y las arqueas son fundamentalmente diferentes 
Es difícil la dasificación de procariontes dentro d e cada 
dom inio
Los procariontes difieren en tam año y forma
1 9 .2 ¿ C ó m o s o b re v iv e n y s e re p ro d u c e n 
lo s p ro c a r io n te s ?
Algunos procariontes son m óviles 
M u ch as bacterias form an p d ícu la scn las superficies 
l a s endosporas protectoras perm iten a a lgunas bacterias 
to le ra r condiciones adversas
Estu d io d a caso con tinuación A g en tes d e m uerte 
Los procariontes se especializan en hábitats específicos 
Los procariontes tienen diversos metabolism os 
Los procariontes se reproducen m ediante fisión binaria 
Los procariontes son capaces de in tercam biar material 
genético s in reproducirse
V
------------------------------------------------------------
1 9 .3 ¿ C ó m o a fe c ta n lo s p ro c a r io n te s a se res 
h u m a n o s y a o t r a s e s p ec ie s ?
Los procariontes desem peñan papeles importantes 
en la nu trición animal
Los procariontes captan el nitrógeno que necesitan las plantas 
Los procariontes son los recicladores de la naturaleza 
Los procariontes pueden reducir la contam inación 
A lgunas bacterias representan un a am enaza para la salud 
de los « r e s hum anos
Estu d io d e caso con tinuación A gentes d e m uerte
1 9 .4 ¿ Q u é s o n lo s v iru s , lo s v iro id e s y lo s p r io n e s ?
U n virus consiste e n un a m olécula de A D N o A R N envuelta 
en un a cubierta proteínica
En lace s con la v id a d ia r ia C om ensales ind eseab les 
Los virus son parásitos
D a carca ¿Cómo se rep lican los viru s?
Estu d io d a ca so continuación Agentes d e m uerte 
Algunos agentes infecciosos son aú n m ás simples que los virus 
Nadie sabe con certeza cóm o se originaron estas partículas 
infecciosas
Estu d io d e caso o tro v is ta z o A gentes d e m uerte
19.1 ¿C U Á L E S O R G A N IS M O S SO N 
M IE M B R O S D E LO S D O M IN IO S 
A R C H A E A Y B A C T E R IA ?
Ix » p rim eros organism os q ue h ab ita ro n la T ierra fueron pro­
cariontes, o rgan ism os un ice lu lares q ue n o p resentan organelos 
co m o núcleo , clo roplastos y m ilo co n d ria s . (Véase el cap itu lo 4 
en el cu a l puedes cotejar célu las p rocariontes con células euca­
rion tes.) E n el transcurso d e los p rim eros 1,500 m illo nes d e años 
o m ás d e la h is to ria d e la vida, todas las fo rm as vivas e ran pro­
cariontes. In c lu so e n la actualidad , los p rocariontes so n extraor­
d in ariam en te abundantes, l in a gota d e agua d e m ar contiene 
cientos d e m ile s d e o rgan ism os p rocariontes, y un a cucharada d e 
tierra co n tien e m ile s d e m illo n es . E l cuerpo h u m a n o p rom ed io 
es e l hogar d e b illo n e s de p rocariontes, q ue v iv e n e n la p ie l, en 
la boca, e n el estóm ago y e n los intestinos. E n térm inos d e ab u n ­
dancia , los p rocariontes so n la fo rm a d e v id a p red o m in an te en 
la T ierra.
Las bacterias y las arqueas son fundam entalm ente 
diferentes
Dos d e los tres dom in io s d e la v ida . B a c te r ia y A rch a e a , incluyen 
exclusivam ente procariontes. Las bacterias y las arqueas son d e apa­
riencia superficialm ente s im ila r ba jo e l m icroscopio, pero tienen 
sorprendentes diferencias estructurales y b ioqu ím icas q ue muestran 
b an tiqu ís im a separación evo lu tiva entre los dos gm pos. Po r e jem ­
p lo , la pared celu lar d e las célu las b acto ianas contiene m oléculas 
d e pepádoglicano, u n polisacárido q ue tam bién incorpo ra algunos 
am inoácidos, q ue ayuda a fortalecer la pared celular. E l peptido- 
g iban o só lo existe en las bacterias, y las paredes celulares d e las ar­
queas carecen d e esta sustancia. Bacterias y arqueas tam b ién difieren 
en la estructura y com posic ión d e sus m em branas plasmáticas, los
ribosom as y las A R N polimerasas, a l igual q ue en la m ecánica de 
procesos básicos co m o la transcripción y la traducción.
Es d ifícil la clasificación de procariontes 
dentro de cada dom inio
la s notables diferencias entre arqueas y bacterias hacen q ue la 
d istinción e n estos d o m in io s sea un quehacer fácil, pero es más 
p rob lem ático iden tificar dados (grupos d e espedes v incu lados 
m ediante descendencia a partir d e u n ancestro co m ú n ) dentro 
d e cada d om in io . E l p rob lem a surge porque los procariontes son 
m u y pequeños y estm cturalm ente sim ples; n o presentan la enorm e 
cantidad de diferencias anatóm icas q ue se pueden usar para in ferir 
b h isto ria evo lu tiva d e plantas, an im ales y otros eucariontes. Po r 
tanto, históricam ente, los procariontes se hanclas ificado con base 
en características co m o ; form a, m edios de lo co m od ó n , p igmentos, 
necesidades nutrim entales, apariencia d e sus co lo n ias (grupos de 
ind iv id uos q ue d esaen d en d e un a m ism a cé lu la ) y propiedades de 
t in d ó n . Por e jem p lo , la técn ica d e t in a ó n de C ra m perm ite d istin­
gu ir dos tipos d e construcdón d e la pared ce lu la r de las bacterias. 
D ependiendo de los resultados d e la tinción, estas bacterias se cla­
sifican o co m o gram positivas o co m o g ra n negam os.
En los ú ltim os añ os se h a exp an d id o considerab lem ente la 
co m p ren s ió n de la h is to ria evo lu tiva d e los d o m in io s p rocarion ­
tes g rad as a las com paraciones d e secuencias de n u d e ó tid o s de 
A D N y A R N . N u evo s datos d e s e a ie n d a s d e ja ro n ve r q u e algunos 
aspectos d e las prim eras d a s if ira d o n e s d e bacterias y arqueas no 
re fle jaban con p rec is ión la h isto ria e vo lu tiva . Po r tan to , los sis­
tem áticos co m en zaron a d ib u ja r n u evam en te e l á rb o l evo lu tivo 
p rocarionte , p ero to d av ía n o llegan a un a a ie rd o acerca d e las re- 
la c o n e s evo lu tivas d en tro d e los d o m in io s Bacteria y A rchaea. El 
esfuerzo para desarro llar un a só lid a d as if ic a c ió n de procariontes 
sigue s ie n d o u n trabajo e n progreso.
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L i d iv e r s i d a d d e p r ú i a r i o n i e v y v i r u s 3 5 7
Los procariontes difieren en tam año y form a
Pn funera l, tan to ha c im a s co m o arqueas son m u y pequeñas, con 
u n d iám etro d e alrededor d e 0.2 a 10 m ieras. ( E n com parac ión , el 
d iám etro d e las célu las eucariontes m ide en tre 10 y 100 m ic ias ). Se 
p od rían reun ir a lrededor d e 250,000 bacterias o arqueas d e tam año 
p rom ed io e n el punto con e l q ue concluye esta o ra d ó n . S in em bar­
go, algunas espedes d e bacterias son d e m ayor tam año . La bacteria 
m ás grande q ue se conoce (Ih iom argarita nam ibiensis) tiene u n diá­
m etro d e hasta 700 mieras, lo q ue hace posible verla a s im p le vista.
Id s paredes celulares q u e rodean las cé lu las procariontes 
dan su fo rm a característica a d iferentes tipos d e bacterias y ar­
queas. Las form as m ás co m u nes son esféricas o cocos, d e b a d lo o 
bastón y d e esp irales o sacacorchos (F IG U R A 19-1).
19.2 ¿C Ó M O S O B R E V IV E N Y S E R E P R O D U C E N 
LO S P R O C A R IO N T E S ?
Ia ab u n d an d a d e p rocariontes se debe e n buena m edida a las 
adap tadones q ue p erm iten a los m iem bros d e los dos dom in io s 
procariontes habitar y aprovechar una extensa gam a de am bientes. 
E n esta secd ó n estudiarás algunos de los rasgos q ue ayud an a los 
procariontes a sobrevivir y prosperar.
A lgunos procariontes son móviles
M uchas bacterias y arqueas se fijan a una superfide o se encuentran 
pasivamente a la deriva e n am bientes líquidos, pero algunas son m ó­
viles (pueden cam b ia r d e lugar). M uchos d e estos procariontes 
m óviles poseen fla g e lo s . Los flagelos d e los procariontes pueden 
presentarse ind ividualm ente e n un extremo de la célu la, e n pares 
(u n o e n cada extrem o d e la célula), co m o u n m ech ó n e n u n extremo 
de la célu la (F IG U R A 19-2a) o disgregados p o r toda la superfide celu-
(a) A rquea flag ead a
fe ) Esp ira le s o sacaco rch o s
A F IG U R A 19-1 T re s fo rm a s p ro c a r io n te s co m u n es
a ) Bacterias esféricas del género Micrococcus. (b> bacterias con 
forma d e bastón d e l género Escherichla. y ( c ) bacterias con forma 
de espirales o sacacorchos del género B o rrtíia .
ca p a de 
popttdogbcano
membrana
plasm ático
*>) E s tru ctu ra del flage lo b acteria l
A F IG U R A 19-2 E l f la g e lo p ro c a rio n te (a ) Una arquea flagelada 
del género Aqutfex utiliza sus flagelos para desplazarse hacia 
ambientes favorables, (b ) En las bacterias un singular dispositivo de 
•rueda y e je ' ancla e l flagelo dentro de la pared celular y la membrana 
plasmática, de tal manera que e l flagelo puede girar con rapidez. Este 
dagram a representa e l flagelo de una bacteria gramnegatfva; los 
flagelos de las bacterias gramposltlva carecen de las "ruedas" externas.
(a ) E s fé rica s o co co s
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3 5 8 E v u Iu l O i i y d i v t r s i d j d d é Ij v id a
lar. Los flagelos pueden girar ráp idam ente e im pulsar al organism o a 
través de su m ed io líquido. E l em pleo d e flagelos para m overse per­
m ite a los procariontes em igrar hacia nuevos hábitats, desplazarse 
lu d a los nutrim entos y abandonar am bientes desfavorables.
La estructura d e los flagelos procariontes es diferente de la 
estructura d e los flagelos eucariontes (léanse las páginas 64 y 65 
para un a descripd ó n d e l flagelo eucarionte ). En los flagelos bacte- 
rán o s , un a estructura d istin tiva co n ap ariend a d e rueda, incrusta­
da e n la m em brana bacteriana y en la pared celular, hace posible 
la ro tad ó n d e l flagelo (F IG U R A 19-2b). Los flagelos d e las arqueas 
son m ás delgados que los d e las bacterias y están hechos d e proteí­
nas diferentes. S in em bargo, la estructura d e los flagelos d e las ar­
queas aú n n o se conoce tan b ien co m o la d e los flagelos d e las 
bacterias.
M u c h a s b a c t e r ia s f o r m a n p e l íc u la s 
e n la s s u p e r f ic ie s
La pared celu lar de dertas espedes procariontes está cubierta d e ta ­
pas pegajosas d e m aterial viscosa protector, compuestas d e polisa- 
(áridos o proteínas, q ue protege a las célu las y las ayuda a fijarse a 
las superficies. En m uchas ocasiones, los procariontes d e un a o más 
espedes q ue secretan ese m aterial viscoso se reú nen e n co lo n ias para 
form ar com unidades denom inadas b io p e líc u la s . l in a biopelícula 
conocida es la p laca dental, q ue form an las b aae ria s q ue v iv e n en 
la boca (R G U R A 19-3). La protección q ue b rindan las biopelículas 
ayuda a las bacterias incrustadas a defenderse d e un a gran variedad 
de ataques, inc lu idos los que lanzan los antib ióticos y desinfectan­
tes. Por tanto, las hiopelfculas form adas p o r b aaerias dañ inas para 
los seres hum anos pueden ser m u y d íñ a le s de e lim inar. Muchas ¡n- 
fecdones causadas por bacterias e n e l cuerpo hum ano adqu ieren la 
forma d e b iope lía ila s , inclu idas las responsables de la caries dental, 
las enferm edades d e las encías y las ¡nfecdones d e los oídos.
A F IG U R A 19-3 l a ca u sa d e la c a r ie s d e n ta l la s b aaerias en 
la boca de los seres hum anos forman una biopelícula viscosa que 
les perm ite adherirse a l esmalte d e los d ientes y las protege de las 
amenazas d e l ambiente. En esta micrografia son visibles b aaerias 
individuales (en ve rd eo amarillo), incrustadas en la biopelícula café, 
l a biopelícula formada por las b aae ria s provoca la s caries dentales.
A F IG U R A 19-4 L a s e s p o ra s p ro te g e n a a lg u n a s b a c te ria s
Dentro de una b aae rla del género O ostrld ium se formó una 
endospora resistente, causante d e la intoxicación po» alimentos 
potenclalmente mortal, conocida como botullsmo.
P R E G U N T A ¿ Ju é explicarla la observación de que la mayoría de 
las especies bacterianas que form an endosporas v iven e n e l suelo?
L a s e n d o s p o r a s p r o t e c to r a s p e r m it e n a a lg u n a s 
b a c te r ia s t o le r a r c o n d ic io n e s a d v e r s a s
C u an d o las cond iciones am bientales se tornan inhósp itas, muchas 
b aae ria s con form a d e bastón constituyen las estructuras protec­
toras llam adas e n d o s p o ra s . U n a endospora, q ue se form a dentro 
d e un a b aae ria, contiene m aterial genético y un as cuantas enzim as 
encerradas d en tro de un a gruesa capa p ro te a o ra (F IG U R A 19-4). 
IV sp ués d e form arse la endospora, la cé lu la b aaeriana q ue la con­
tiene se abre, y la espora se libera e n el am biente. La a a h id a d me­
tabólica cesa hasta q ue la espora encuen tra condiciones favorables, 
m om ento e n q ue se reanuda e l m etabo lism o y la espora se desarro­
l la co m o u n a bacteria a a iv a .
Iras endosporas son resistentes in c lu so a co n d ic io nes am ­
b ientales extremas. A lg u nas resisten la eb u llic ió n duran te un a 
ho ra o m ás. O tras pueden so b rev iv ir duran te lapsos extraord ina­
riam en te largos. Fj i e l e jem p lo m ás ex irem o d e longevidad , unos 
científicos descubrieron recientem ente endosporas q ue perm a­
necieron encerradas e n un a ro ca duran te 2 5 0 m illo n e s d e años, 
loiego d e q ue co n gran cu id ad o extrajeron las esporas d e su 't u m ­
ba* pétrea, las in cub aro n e n tubos d e ensayo . Increíb lem ente , se
E s tu d io de ca so c o n t i n u a c i ó n
Agentes de muerte
Las endosporas son una d e las p rincipa les causas por las que 
la enferm edad bacteriana ántrax se convirtió e n un agente 
de terrorism o biológico. La b a a e r ia q ue causa ántrax forma 
endosporas. q ue proporcionan los m edios a los terroristas 
para poderla esparcir. Las esporas pueden alm acenarse 
de m anera Indefin ida y pueden sobrevivir a condiciones 
extrem as q ue matarían a o tros tipos d e bacterias, l a s esporas 
de ántrax Inc luso pueden sobrevivir a la detonación de un 
aparato exp losivo que las esparciría en la atm ósfera, donde 
se m antendrian inactivas pero latentes hasta q ue una victim a 
potencial las inhalara.
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L i diversidad d e p r e t i r i ó m e » y virus 3 5 9
desarro lla ron b aae ria s vivas a partir d e esas an tiqu ís im as espo­
ras, m ás viejas q ue los fó siles d e d in osau rio m ás antiguos.
L o s p r o c a r io n t e s s e e s p e c ia l iz a n 
e n h á b i t a t s e s p e c íf ic o s
Los procariontes pueden conqu istar prácticam ente todos los háb i­
tats, in c lu id o s aquellos donde las condiciones extremas im p iden 
q ue sobrevivan otras form as d e vida. Po r e jem p lo , algunas bacte­
rias prosperan e n am bientes cercanos al p u n to d e ebu llic ión , co m o 
en los m anantia les calientes del Parque N ac io n a l d e Yellowstone 
(F IG U R A 19-S). M uchas arqueas v iv e n e n m edios aú n m ás ca lien ­
tes, inc luso en m anantia les donde e l agua h ierve constantem ente 
o e n los respiraderos d e las profundidades oceánicas, donde se ex­
p ele agua sobrecalentada a través de fisuras de la corteza terrestre a 
tem peraturas de hasta 110 °C . Los p rocariontes tam b ién poseen la 
capacidad d e so b rev iv ir a las presiones extrem adam ente altas que 
se encuentran bajo la superficie d e la T ie n a y e n am b ientes m u y 
fríos, co m o e n e l h ie lo d e l o céan o Antártico.
N i siqu iera las co n d ic io nes qu ím icas extrem as consiguen 
im p e d ir la invas ión d e procariontes. Prósperas co lo n ias de bac­
terias y arqueas hab itan e n e l m ar M uerto , d o n d e un a concentra­
c ió n d e sal s ie te veces m ayor q u e la d e los o céan os excluye cu a l­
qu ier o tra fo rm a d e v ida , así co m o e n líq u id os q u e so n tan ácidos 
co m o e l v inagre o tan a lca linos co m o e l am o n ia c o dom éstico . 
Desde luego, ricas co m u n idades procariontes tam b ién residen en 
u n a gam a co m p le ta d e hábitats m ás m oderados, in c lu so d en tro y 
sobre e l cuerpo h u m an o sano.
S n em bargo, n in g u n a especie p rocarionte es ta n versátil 
co m o sugieren estos ejem plos. Ffectivam ente, la m ayo ría de los 
procariontes son especialistas. U n a espede d e arq uea que habita 
en las fuentes h id ro term ales de las profund idades oceánicas, por 
e jem p lo , crece de fo rm a ó p tim a a 1 0 6 * C y deja d e crecer p o r com ­
p le to a tem peraturas p o r abajo de los 90 *C . Es evidente q ue esta 
espede n o sobreviv iría e n u n hábitat m enos extremo. Las bacterias 
q ue v iv e n e n el cuerpo h u m an o tam b ién están es penalizadas ; di-
¿Te Has preguntado...
qué cousa el m al aliento?
Los desagradables olores ocasionales del aliento son provocados 
principalmente por procariontes que viven e n la boca, la cálida 
y húmeda cavidad bucal humana aloja una diversa comunidad 
mlcrobacterlana, entre las que se encuentran más de 6 0 0 
especies de procariontes. Muchas de esas especies adquieren 
energía y nutrimentos al degradar moco, partículas de alimento 
y células muertas. Los subproductos d e esta degradación pueden 
Incluir gases de mal olor, algunos de los cuales también se 
encuentran en las heces o en los cuerpos en descomposición.
la m ás alta concentración d e procariontes de mal aliento 
se encuentra e n la base de la lengua. Esta ubicación puede 
ser especialmente hospitalaria para los microbios debido a 
la acumulación d e moco que drena por la parte trasera d e la 
garganta desde la nariz. Por ende, el enjuague bucal que se usa 
para controlar e l mal aliento es más efectivo si se hacen gárgaras 
con la lengua hacia adelante, de modo que el enjuague bucal 
pueda llegar a la base d e la lengua.
v y
ferentes espedes co lo n izan la p iel, la boca, las vías respiratorias, el 
in testino grueso y e l aparato gen itourinario .
L o s p r o c a r io n t e s t ie n e n d iv e r s o s m e ta b o lis m o s
Los procarionles pueden colonizar d ifaen tes hábitats, e n gran m edi­
d a porque han desarrollado diversas rutas m etabólicas para adqu irir 
energía y nutrimentos del am biente. Po r e jem plo, e n contraste con los 
eucariontes, m uchos procariontes 9on a n a e ro b io s , pues no necea- 
tan oxígeno para efectuar su m etabolism o. S u capaádad para liabitar 
en ambientes libres d e oxígeno perm ite a los procariontes aprove­
char hábitats que son inadecuados pata los eucariontes. A lgunos pro­
cariontes anaerobios, co m o m u d ias d e las arqueas que hab itan e n los 
m anantiales calientes y la bacteria q ue causa el tétanos, e n realidad se 
envenenan con el oxígeno. O tros suelen ser oportunistas; practican la 
resp iradón anaeróbica cuando falta oxígeno, pero cam b ian a la respi- 
rad ó n aeróbica (u n proceso m ás eficiente; léam elas páginas 130-136) 
cuando disponen de oxígeno. Desde luego, m uchos procariontes son 
rigurosamente aerobios y requieren oxígeno to d o el tiempo.
Ya sean aerobias o anaerobias, distintas espedes d e procarion­
les son capaces d e extraer energía d e una gam a sorprendente de sus­
tancias. Los procariontes n o só lo subsisten d e azúcares, carbohidra­
tos, líp idos y proteínas q ue norm alm ente se consideran alim entos, 
s ino q ue tam b ién consum en com puestos q ue no son comestibles 
o que incluso son tóxicos para los seres hum anos co m o petróleo, 
m etano (e l p rin d p a l com ponente d e l gas natural) y solventes como 
benceno y to lueno, lo s procariontes inc luso pueden m etabolizar 
m oléculas inorgánicas co m o son: hidrógeno, azufre, am oniaco , hie­
rro y n itrito . E l proceso d e m etabolizar m oléculas inorgánicas puede 
p roducir subproductos q ue son utilizados por o tros organismos. Por 
e jem plo, algunas bacterias liberan e n el suelo su lfa toso nitratos, que 
son nutrim entos fundam entales para las plantas.
A lgunas espedes d e bacterias, co m o las danobactaias (R G U R A
19-6), llevan a cabo la fotosíntesis para captar energia directamente 
d e la lu z solar. Del m ism o m o d o que las plantas verdes, las bacterias 
fotosintéticas poseen doro fila . l a m ayoría d e las especies producen 
oxígeno co m o un subproducto dela fotosíntesis, pero algunas, co­
nocidas co m o bacterias sulfurosas, utilizan á r id o su lfh ídrico (H^S) 
e n ve z d e agua ( 1 1 , 0 ) en la fotosíntesis y liberan azufre e n lugar de 
oxígeno. Hasta e l m om ento n o se conocen arqueas fotosintélicas.
A F IG U RA 19-5 A lgunos p rocarion tes p ro sp eran en 
co n d id o n es ex trem as Los manantiales callentes albergan 
b aaerias y arqueas que toleran e l calor y los minerales. Varias 
especies de clanobacterlas confieren vividas coloraciones a estos 
manantiales callentes del Parque Nacional d e Yellowstone; cada una 
está recluida e n una zona especifica determinada por e l Intervalo de 
temperaturas.
P R E G U N T A Algunas d e las enzim as que tienen usos importantes 
en los procedimientos de biología m olecular se extraen de 
procariontes que viven en manantiales callentes. ¿Sabes por qué?
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3 6 0 E v o l u L Í Ó n y d i v e r s i d a d d e b v i d a
A F IG U R A 1?M> C ia n o b a c te r ia s M ic ro g ra f ia d e f ila m e n to s 
c ian o b ac te r ia le s .
Los procariontes se reproducen 
m ediante fisión binaria
l a m ayoría d e lo s procariontes se reproducen d e m anera asexual 
p o r m e d io de f is ió n b in a r la , un a form a de d iv is ión ce lu lar que 
es m u ch o m ás sim ple que la d iv is ió n ce lu lar m itótica (itóinse las 
páginas 152-155). La fis ión b in a ria produce copias genéticam ente 
idénticas d e la cé lu la orig ina l (F IG U R A 19-7). E n condiciones idea­
les, un a cé lu la p rocarionte se reproduce ap roxim adam ente un a vez 
cada 2 0 m inu tos , por lo q ue p uede d ar origen a m iles de trillones 
( 1 0 21) de descendientes e n u n so lo día. lista ráp ida reproducción 
perm ite a los procariontes explotar hábitats tem porales, co m o un 
charco d e lo d o o u n bud ín tib io .
La e levada tasa d e rep rod ucción tam b ién perm ite a las po­
b lac iones bacterianas desarro llarse ráp idam ente. Recuerda que 
m uchas m utaciones, que son la fuente d e la va r iab ilid ad genéti­
ca, son p rod ucto d e errores e n la rep licación d e l A D N duran te la 
d iv is ió n ce lu la r (tran se las páginas 159, 162 ). Po r consigu iente, 
la ráp ida y repetida d iv is ió n ce lu lar de los p rocariontes ofrece am ­
p lia s opo rtun idades para e l su rg im ien to d e nuevas m utaciones,
A F IG U R A 19-7 R e p ro d u c c ió n en lo s p ro c a r io n te s tas
células procariontes se reproducen de forma asexual mediante fisión 
binarla. En esta micrografia electrónica a color se observa la división 
de la Fscherlch io co ll, un habitante normal del intestino humano. 
P R E G U N T A ¿Cuál e s la principal ventaja de la fisión binarla, en 
comparación con la reproducción sexual?
y tam b ién p erm ite q ue aque llas m utaciones q ue aum entan las 
pos ib ilid ad es de supervivencia se transm itan ráp idam ente.
Los procariontes son capaces de intercam biar 
m aterial genético sin reproducirse
A unque los procariontes p o r lo general se reproducen asexualm en­
te y n o in vo lu cran recom b inac ión genética, algunas bacterias y ar­
queas intercam bian m aterial genético. E n estas especies, e l A D N 
se transfiere d e un d on ad or a u n receptor duran te un proceso que se 
lla m a c o n ju g a c ió n . Las m em branas p lasm áticas celulares de dos 
procariontes e n con jugación se fusionan tem poralm ente para for­
m a r u n puente ritopLism ático a través d e l n ia l se transfiere e l A D N . 
En las bacterias, las célu las donadoras utilizan unas extensiones 
especializadas, llam adas felos sex ua la , que se adh ieren a la célu la 
receptora para acercarla y facilitar la con jugación (F IG U R A 19-8). 
l a con jugación produce nuevas com b inac iones genéticas q ue per­
m iten q ue las bacterias resultan l o so brev ivan en un a gran variedad 
d e condiciones. En algunos casos es posib le q u e e l m aterial gené­
tico se intercam bie inc luso en tre bacterias de diferentes espedes.
l in a gran parte d e l A D N q ue se transfiere duran te la conju- 
g ad ó n bacteriana se encuentra dentro d e un a estructura llam ada 
p iá s m id o , q ue e s un a pequeña m o lécu la circu lar d e A D N que está 
separada d e l crom osom a bacteriano. Los p lásm idos portan genes 
de resistenda a los antib ióticos o ale los de genes que tam b ién están 
piesentes e n e l crom osom a bacteriano p r in ap a l. C o m o se describe 
en el cap ítu lo 13, los investigadores e n el cam p o d e la genética 
m o lecu lar han u tilizado extensamente los p lásm idos bacterianos.
19.3 ¿C Ó M O A FEC T A N LO S P R O C A R IO N T E S 
A S E R E S H U M A N O S Y A O T R A S E S P E C IE S ?
A unque en general son invisib les a las ojos, los procariontes desem­
peñan u n p ap d crucial en la v id a sobre la T ierra. Las plantas y los ani­
m ales (¡n d u id os los seres hum an os ) dependen por com pleto d e los 
procariontes. Asios ayudan a plantas y anim ales a obtener nutrim en­
tos vitales, y tam bién contribuyen a descom poner y redd ar desperdi­
d o s y organism os muertos, l a hum an idad n o podría sobrevivir sin 
los procariontes, pero su efecto sobre los seres hum anos no siempre
A F IG U R A 19-8 C o n ju g a c ió n : ‘‘ a p a re a m ie n to " 
p ro c a r io n te Durante la conjugación, un procarionte actúa como 
donador al transferir ADN a l receptor. En esta micrografia, un par de 
Escherlch la co ll se conectan mediante un largo pelo sexual. El pelo 
sexual se retraerá, atrayendo a la bacteria receptora (a la derecha) 
hacia la bacteria donadora. La bacteria donadora está cubierta con 
pelos no sexuales, q ue le ayudan a adherirse a las superficies.
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La drversida«i de prourK im es y virus 3 6 1
es benéfico. A lgunas d e las enfermedades m ás m oru lesp ara los seres 
hum anos son causadas por algunos procarionles.
Los procariontes desem peñan papeles 
im portantes en la nutrición anim al
M u d io s organism os eucariontes dependen de un a estrecha asocia­
c ió n co n los procariontes. Po r e jem p lo , la m ayoría d e los an im ales 
q ue com en hojas (co m o e l ganado, los conejos, los koalas y los 
c ie rvos) n o son capaces d e digerir p o r s í so los la celu losa, el p rinci­
p a l com ponente d e las paredes celulares de las p lantas. P o r e llo , es­
tos an im ales dependen d e d erlas bacterias que poseen la capacidad 
inu sua l d e degradar la celu losa. A lgunas de estas bacterias v iv e n en 
los aparatos digestivos d e los an im a les, donde ayudan a liberar los 
n u trim entos d e l te jido d e las p lantas que los an im a les n o pueden 
descom poner. S in estas bacterias, los an im a les q ue se a lim e n tan de 
las ho jas n o p o d rían sobrevivir.
Los p rocariontes tienen repercusiones im portantes e n la 
n u tric ión h u m an a . M u ch o s a lim entos, co m o e l queso, e l yogur y 
la co l agria, s e p roducen gracias a la acc ió n d e las bacterias. T a m ­
b ién e n los in testinos h u m an os hab itan bacterias, q ue se a lim en ­
ta n de co m id a s in d igerir y s in te tizan a lgunas v itam inas co m o la 
K y B , j , q u e luego absorbe e l cuerpo hu m an o .
Los procariontes captan el nitrógeno 
que necesitan las plantas
Los seres hum anos n o sobrevivirían a n plantas, y éstas a su vez de­
penden por com pleto d e las bacterias. En particular, las plantas s in 
incapaces de captar el nitrógeno d e l depósito m ás abundante d e ese 
elem ento: la atmósfera. S in em bargo, las plantas necesitan nitrógeno 
p ira a c c c r . Para obtenerlo, utilizan a las b ac te r ia s f ija d o ra s d e n L 
t ro gen o o mirificantes, que v iv e n tanto e n el suelo co m o e n nódu- 
los especializados, que son pequeños bultos redondos e nlas raíces 
de ciertas plantas (co m o las legum inosas, q ue inc luyen : alfalfe, soja,
lup ino y t ré b o l R G U R A 19-9). Las bacterias fijadoras d e nitrógeno 
to m an nitrógeno gaseoso ( N j ) d e l a ire atrapado e n e l suelo y lo com ­
b inan con hidrógeno para p rod uc ir e l ión am o n io (N H 4* ), u n com ­
puesto nitrogenado q ue las plantas pueden utilizar directamente.
Las procariontes son los redcladores 
de la naturaleza
l a s procariontes tam b ién desem peñan u n papel fundam ental en 
el recic lado de desperdicios, la m ayoría d e e llos o b tienen energía 
al degradar com p le jas m oléculas orgánicas (m o lécu las q ue co n ­
tienen ca rbono e h id rógeno). Tales procariontes encuentran una 
vasta fuente d e m oléculas orgánicas e n los productos d e desecho y 
en los cadáveres d e plantas y an im ales. A l con sum ir y, p o r co n s í­
gnen te, degradar los desperdicios, los procariontes ev itan q u e los 
desechos se acum ulen e n el am biente. Adem ás, la degradación que 
realizan los procariontes lib era los nutrim entos q ue co n tien en los 
desechos. U n a ve z liberados los nutrim entos están otra vez d ispo ­
n ib les para que sean rru tilizados por los organism os vivos.
Los p rocariontes rea lizan su se rv ic io d e recicla je d o n d e ­
qu iera q u e se encuen tre m ateria orgán ica. S u labo r de degrada­
ción es fund am enta l e n lagos y ríos, e n los océanos, a s í co m o en 
el suelo y las aguas subterráneas d e bosques, sabanas, desiertos 
y otros am b ientes terrestres. E l recic la je d e los nu trim entos que 
realizan los p rocariontes y o tros desintegradores provee la base 
para la co n tin u ac ió n de la v id a e n la Tierra.
lo s procariontes pueden reducir la contam inación
U n a g ran parte d e los contam inantes generados co m o subp ro ­
ductos d e la actividad h u m an a son com puestos orgánicos. C o m o 
u les , estos con tam inan tes sirven potenc ia lm en te co m o a lim en to 
para arqueas y bacterias. D e hecho , consum en m uchos d e ellos; 
la gran variedad de compuestos q ue consum en los procariontes es 
extraordinaria. Casi cualqu ier cosa q ue puedan sin te tiza r los « re s
A F IG U R A 19-9 B a c te r ia s f ija d o ra s d e n itró g e n o en lo s n ó d u lo s ra d ic u la re s (a ) Unas cámaras 
especiales, llamadas nódulos, e n las ralees de una leguminosa brindan un ambiente protegido y constante 
a las bacterias fijadoras de nitrógeno, (b ) Esta micrografia electrónica d e barrido muestra las bacterias 
fijadoras de nitrógeno en las células del interior de los nódulos.
P R E G U N T A SI todos los procariontes fijadores de nitrógeno de la T ierra murieran súbitamente, ¿qué 
sucedería con la concentración del g as nitrógeno e n la atmósfera?
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