Fisiología y Metabolismo Bacteriano

La fisiología y el metabolismo bacterianos son el estudio de cómo las células bacterianas adquieren energía y nutrientes, crecen y se dividen, y ajustan su química interna para sobrevivir en entornos cambiantes. Constituyen el núcleo funcional de la bacteriología, conectando la estructura de la célula bacteriana con las reacciones químicas que la sustentan y con los comportamientos, como la formación de biopelículas, que surgen cuando las poblaciones de células responden a su entorno.

Definition

Los fenómenos fisiológicos bacterianos comprenden los procesos y funciones mediante los cuales las células bacterianas generan energía, sintetizan material celular, regulan su estado interno, crecen y responden a su entorno.

Scope

Esta área orienta al lector hacia los principales temas funcionales de la vida bacteriana: el crecimiento y su cinética, el metabolismo energético aeróbico y anaeróbico, la captación de nutrientes y el transporte a través de la envoltura, las respuestas al estrés ambiental y el comportamiento social de la formación de biopelículas. Se tratan estos temas como puntos de referencia en microbiología y se enmarca su importancia clínica de forma descriptiva, en lugar de como una guía para el diagnóstico o el tratamiento.

Sub-topics

• Formación de biopelículas bacterianas
• Crecimiento Bacteriano y Cinética de Crecimiento
• Metabolismo Bacteriano—Aeróbico y Anaeróbico
• Captación y Transporte de Nutrientes en Bacterias
• Respuestas bacterianas al estrés ambiental

Core questions

• ¿Cómo extraen las bacterias energía de su entorno en condiciones aeróbicas y anaeróbicas?
• ¿Qué rige la tasa y los límites del crecimiento bacteriano?
• ¿Cómo transportan las células los nutrientes a través de la envoltura bacteriana?
• ¿Cómo detectan y sobreviven las bacterias al estrés ambiental?
• ¿Cómo y por qué se organizan las bacterias en comunidades de biopelículas?

Key concepts

• Curva de crecimiento bacteriano y cinética de crecimiento
• Quimiosmosis y fuerza protón-motriz
• Respiración aeróbica, respiración anaeróbica y fermentación
• Transporte de membrana y sistema de fosfotransferasa
• Represión por catabolitos y regulación metabólica
• Respuestas al estrés y el regulón de estrés general
• Detección de quórum (quorum sensing) y formación de biopelículas

Mechanisms

Las células bacterianas acoplan el catabolismo, que libera energía de los nutrientes, con el anabolismo, que construye material celular, utilizando ATP y la fuerza protón-motriz como monedas energéticas. En condiciones aeróbicas, el oxígeno sirve como aceptor final de electrones; en condiciones anaeróbicas, las células utilizan aceptores alternativos o dependen de la fermentación (Madigan et al., 2018). Los nutrientes son transportados a través de la envoltura por sistemas de transporte, y la disponibilidad de energía y la tasa de crecimiento se coordinan a través de redes reguladoras. Cuando las condiciones se deterioran, las respuestas dedicadas al estrés reprograman la célula, y la señalización célula a célula, como la detección de quórum (quorum sensing), puede impulsar a la población hacia el estado cooperativo y adherido a la superficie de una biopelícula (Miller & Bassler, 2001).

Clinical relevance

La fisiología de las bacterias subyace a gran parte de cómo se comportan las infecciones: la velocidad a la que crecen los organismos influye en la rapidez con que se desarrolla la enfermedad, el metabolismo anaeróbico determina qué organismos prosperan en los sitios infectados, el transporte a través de la envoltura rige cómo las moléculas entran en la célula, y la formación de biopelículas se asocia con infecciones persistentes y relacionadas con dispositivos. Esta área describe estos principios funcionales para su comprensión; no es una fuente de instrucciones diagnósticas o terapéuticas.

History

El estudio cuantitativo de la fisiología bacteriana tomó forma a mediados del siglo XX, cuando el trabajo de Jacques Monod sobre el crecimiento de cultivos bacterianos proporcionó una base matemática para entender cómo la tasa de crecimiento depende de la concentración de nutrientes (Monod, 1949). Décadas posteriores añadieron una comprensión molecular de la envoltura bacteriana y su permeabilidad (Nikaido & Vaara, 1985), y a partir de la década de 1990, el reconocimiento de la señalización célula a célula y las biopelículas amplió el campo de estudio de células individuales a comunidades bacterianas (Miller & Bassler, 2001).

Key figures

• Jacques Monod
• Hiroshi Nikaido
• Bonnie Bassler

Seminal works

• monod-1949
• nikaido-1985
• miller-bassler-2001

Frequently asked questions

¿Qué estudia la fisiología bacteriana?

Estudia cómo las células bacterianas obtienen energía y nutrientes, crecen y se dividen, regulan su química interna y responden a su entorno, vinculando la estructura celular con la función.

¿Por qué es importante el metabolismo bacteriano en medicina?

Los rasgos metabólicos y fisiológicos determinan dónde y con qué rapidez crecen las bacterias, qué condiciones toleran y comportamientos como la formación de biopelículas que se asocian con infecciones persistentes, por lo que ayudan a explicar cómo se comportan las infecciones.