MUERTE CELULAR

CRECIMIENTO Y MUERTE BACTERIANA.

En este tema veremos: Crecimiento a nivel individual. Crecimiento de poblaciones: medida de masa y nº de células. Crecimiento balanceado. Cultivo continuo. Curva de crecimiento en sistema cerrado líquido. Crecimiento en sistema cerrado sólido. Muerte bacteriana.

Se suele definir el crecimiento de cualquier sistema biológico como el incremento ordenado de todos los elementos componentes de ese sistema, lo cual implica un aumento de la masa celular que eventualmente conduce a la multiplicación celular. En organismos pluricelulares dicha multiplicación se traduce en un aumento del tamaño del individuo, mientras que en unicelulares que se dividen por fisión o por gemación, lo que ocurre es un aumento de la población. En los microorganismos cenocíticos (en los que la duplicación del genoma no se acompaña de división celular) el crecimiento se traduce en aumento de tamaño de la “colonia” cenocítica.

El crecimiento bacteriano podemos estudiarlo desde dos puntos de vista:

• A escala individual

• A escala poblacional

Los eventos de crecimiento en el ámbito individual hacen referencia al ciclo celular, y dentro de éste podemos abordar los siguientes temas:

• Inicio y transcurso de la replicación cromosómica y de plásmidos.

• Segregación de cromosoma y plásmidos a las células hijas;

• Síntesis de nuevos materiales de las envueltas, sobre todo de pared celular.

• Señales que coordinan la replicación genómica con la división celular.

El estudio del crecimiento a nivel de poblaciones incluye los siguientes tópicos:

• Cinética del crecimiento;

• Factores que afectan al tiempo de generación (g);

• Factores ambientales que limitan el crecimiento.

Un ciclo celular es una secuencia de acontecimientos interconectados que comienza con la formación de una nueva célula y termina cuando dicha célula se divide en otras dos hijas. Los ciclos celulares se describen generalmente atendiendo a una serie de eventos identificables que se van produciendo en una secuencia fija, de modo que para que se produzca cada uno de ellos hace falta que se complete el anterior. Los periodos del ciclo celular procariótico son:

• fase C : replicación del ADN cromosómico;

• fase D : se distingue porque su terminación coincide con el final de división celular;

• fase innominada, G1 intervalo que precede a la replicación..

Lo característico del ciclo es que las fases C y D son relativamente constantes, y por lo tanto, cuando disminuye el tiempo de generación (g), lo hace a expensas de la fase “G1”. Por ejemplo, en Escherichia coli, C = unos 40 min, y D = unos 20 min.

Una característica del ciclo es que, cuanto más rico es un medio, y por lo tanto menor es el tiempo de generación (g), mayor es el tamaño medio de las células. Es decir, los individuos de una cepa bacteriana que esté en un medio rico son más grandes que los individuos de esa misma cepa creciendo en un medio pobre.

Vamos a estudiar con el ejemplo de E. coli qué ocurre con el ciclo celular a distintos tiempos de generación.

Cuando g>C+D: Existe fase "G1" (intervalo que precede a la replicación). En estas condiciones podemos observar nítidamente periodos diferenciados entre sí (de síntesis de ADN y de división celular).

Cuando g=C+D: Ya no existe G1, y cada ronda de replicación comienza inmediatamente tras la precedente división celular (es decir, cada célula hija recién nacida se embarca inmediatamente en replicar el cromosoma, y una vez que ha terminado de replicarlo, la célula inicia la división celular).

Cuando g<C+D: Las rondas de replicación de un ciclo se inician antes de que haya terminado la división celular del anterior (superposición parcial entre fases C y D).

Cuando g<C: Ya no se puede detectar fase D como tal. La síntesis de ADN es continua durante todo el ciclo. Se inician rondas de replicación cromosómica antes de que haya terminado la anterior. Esto se traduce en que los cromosomas muestran un típico patrón de replicación dicotómica y en que dichos cromosomas pasan a cada célula hija ya embarcados en una nueva ronda de replicación.

Esquema simplificado del crecimiento de una bacteria bacilar: la célula crece en tamaño, duplica el cromosoma, las copias del cromosoma se reparten a partes separadas, se forma el tabique y surgen dos células hijas.

De lo anterior se deduce que debe de existir algún tipo de acoplamiento entre las ondas de replicación y la división celular. Este es un campo de investigación aún joven, del que no conocemos todavía todos los detalles.

Las copias de cromosomas recién replicadas se encuentran en principio adyacentes de la membrana citoplásmica (¿unidas a sendos mesosomas?) probablemente unidas a través de sus respectivos orígenes de replicación (oriC). No se sabe muy bien cómo esas copias se van separando de modo que cada una va a parar a una célula hija. Se sabe que en este reparto o partición de los cromosomas intervienen varias proteínas, entre ellas ParA y ParB, que en las células a punto de dividirse se sitúan en los dos polos opuestos. Es posible que exista algún mecanismo “activo” para separar estos cromosomas, pero parece ser que también intervienen los mecanismos “pasivos” de crecimiento de membrana y pared celular en el tabique transversal en crecimiento.

También se sabe hoy que existen dos secuencias paralelas e independientes de acontecimientos que controlan el ciclo celular: un control es sensible a una masa umbral celular para desencadenar el inicio de la replicación del cromosoma, y el otro responde a cierta longitud umbral (en el caso de los bacilos) para que ocurra el reparto de los cromosomas y la formación del tabique.

• El comienzo de la replicación del cromosoma se indica mediante la unión de muchas unidades de la proteína DnaA (unida a ATP) al origen de replicación (oriC). Una vez que se ha iniciado una ronda de replicación en oriC, esta región queda hemimetilada, pero en vez de ser metilada inmediatamente, queda secuestrada u ocultada a efectos de la metilasa Dam y de la maquinaria de replicación. Sólo más tarde (y por factores desconocidos, pero que puede

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