Las bacterias son microorganismos procariotas unicelulares que se encuentran, prácticamente, en cualquier parte del planeta. De hecho, muchas son necesarias para la supervivencia humana, viviendo en el cuerpo, mientras que otras pueden causar enfermedades graves. Es crucial entender su multiplicación, ya que un exceso de ciertos tipos o subtipos de bacterias puede provocar serios problemas de salud.
Para su desarrollo y multiplicación, las bacterias necesitan alimentarse, principalmente, de nitrógeno, fósforo e hidrógeno. La temperatura juega un papel fundamental en su reproducción; cuanto más bajas son las temperaturas, más difícilmente se pueden multiplicar.
Reproducción Asexual: Fisión Binaria o Bipartición
Las bacterias son organismos unicelulares que se reproducen principalmente de manera asexual. Esto significa que una sola bacteria puede producir una copia exacta de sí misma a través de la división celular. El proceso de división celular en las bacterias se conoce como fisión binaria o bipartición.
Este es el mecanismo de reproducción habitual en las bacterias, mediante el cual se obtienen dos células hijas con idéntica información en el ADN circular, tanto entre sí como respecto a la célula madre, y con un contenido citoplásmico celular similar. Las células hijas son clones de la progenitora. Por este sistema de reproducción se puede originar una colonia de células con material idéntico; sin embargo, esto no siempre ocurre debido al alto índice de mutaciones que se producen en las bacterias.
El término "bipartición" proviene del latín "bipartitio", que significa dividir en dos partes.
Etapas de la Fisión Binaria
La bipartición bacteriana se produce cuando la célula ha aumentado su tamaño y ha duplicado su ADN. El proceso puede dividirse en cuatro etapas fundamentales:
- Replicación del ADN: Comienza con el cromosoma circular de ADN unido a la membrana celular, donde se inicia la replicación. El ADN se duplica en ambas direcciones hasta que las dos hebras nuevas se encuentran y se completa la replicación. El ADN bacteriano se une a un mesosoma, el cual, durante la división, separa el citoplasma en dos y reparte cada copia del ADN duplicado a cada lado.
- Crecimiento Celular: Mientras ocurre la replicación del ADN, la célula bacteriana aumenta su tamaño. La membrana celular crece entre las dos copias del cromosoma, facilitando su separación hacia los extremos opuestos de la célula y dando inicio a la segregación del genoma.
- Segregación del Genoma: Este proceso es continuo, acompañando el crecimiento de la célula y la replicación del cromosoma de ADN. Una vez finalizada la replicación, una copia del cromosoma se separa y migra hacia el extremo opuesto de la célula en crecimiento, dando inicio a la citocinesis.
- Citocinesis: Se inicia con la formación de un anillo de proteínas, similar al anillo contráctil en las células animales, que crea un surco de clivaje en la mitad de la célula. Este surco divide el citoplasma en dos partes. Durante la citocinesis, otras proteínas sintetizan nuevos componentes de la pared celular y de la membrana plasmática, formando un tabique llamado septo. Este septo separa finalmente las células hijas, completando así la bipartición bacteriana. Al final del proceso, el mesosoma se ha unido al resto de la membrana plasmática y se han formado dos células hijas genéticamente iguales.
Aspectos Moleculares de la Fisión Binaria
Existen algunos aspectos adicionales a considerar en el proceso de fisión binaria. En bacterias como Escherichia coli, el origen de replicación (OriC) se encuentra en un polo de la bacteria antes de la replicación, migrando hacia el polo opuesto tras finalizar la replicación. La fisión binaria depende de proteínas como FtsZ, que forma un anillo en el ecuador de la célula y recluta otras proteínas necesarias para la división celular. Proteínas como FtsK e hidrolasas de mureína también participan en la separación de los cromosomas y las células hijas. Además, algunas bacterias tienen plásmidos, pequeños paquetes de ADN flotantes, que también se replican, pero no se distribuyen uniformemente entre las células hijas.
Los Cuatro Tipos de Fisión Binaria según el Plano de División
La célula original puede dividirse de diversas maneras, dependiendo del eje o plano en el que se produzca el crecimiento y la división celular. Los tipos más comunes de fisión binaria, basados en el plano de división, son los siguientes:
Fisión Binaria Transversal
Las bacterias alargadas, con forma de rodillo, tienden a crecer en longitud y dividirse por la mitad en su plano transversal, es decir, a lo ancho. Este método de división es ampliamente común en bacterias, como Escherichia coli y Bacillus subtilis. En eucariotas protistas, se hace referencia a menudo a la fisión binaria del protozoo Paramecium como transversal.
Fisión Binaria Longitudinal
Algunas bacterias en forma de rodillo aumentan en grosor y se dividen a lo largo, lo que resulta en dos células hijas paralelas. Después de la división, la célula se observa como dos rodillos lado a lado, de manera paralela. Esta modalidad de división es poco frecuente y se encuentra en unas pocas bacterias, como la bacteria marina Candidatus Thiosymbion oneisti, que vive asociada a nemátodos. En eucariotas protistas, se menciona a menudo la fisión binaria del alga Euglena como longitudinal.
Fisión Binaria Ortogonal
En ciertas bacterias esféricas, como Staphylococcus aureus, la división ocurre en un plano ortogonal, es decir, perpendicular al plano de división anterior, formando racimos de bacterias. Debido a esta característica de división, S. aureus suele formar racimos.
Fisión Binaria Asimétrica
Estos tres tipos de fisión binaria (transversal, longitudinal, ortogonal) implican la división de la célula exactamente por la mitad, produciendo dos células hijas de tamaño igual. Sin embargo, algunas bacterias experimentan una fisión asimétrica donde la división del citoplasma comienza más cerca de uno de los polos, similar a una forma de gemación donde se forman yemas más pequeñas que la célula madre. Un ejemplo es la bacteria patógena Chlamydia trachomatis.
Reproducción Parasexual: Mecanismos de Intercambio Genético
Aunque la reproducción asexual es la forma principal de reproducción en las bacterias, también pueden intercambiar material genético a través de procesos de recombinación, conocidos como reproducción parasexual. Estos mecanismos permiten a las bacterias intercambiar información genética y adquirir nuevas habilidades, como la resistencia a los antibióticos.
Conjugación
Es un proceso de transferencia de material genético entre una célula procariota donadora y una receptora mediante el contacto directo o una conexión que las una. Dos bacterias se unen e intercambian una pequeña parte de su ADN.
Transformación
En este proceso, fragmentos de ADN que pertenecían a células rotas se introducen en células normales. El ADN fragmentado recombina con el ADN de la célula receptora, provocando cambios en la información genética de esta.
Transducción
Ocurre cuando una célula es atacada por un virus bacteriófago. La bacteria genera nuevas copias del ADN vírico. En la fase de ensamblaje, se pueden introducir fragmentos de ADN bacteriano en la cápsida del virus. Los nuevos virus ensamblados infectarán nuevas células, y mediante este mecanismo, una célula podrá recibir ADN de otra bacteria e incorporar nueva información.
Importancia y Control de la Reproducción Bacteriana
Las bacterias, especialmente las alimentarias, pueden ser peligrosas para la salud de las personas. Por lo tanto, es importante tomar medidas para evitar su propagación en la comida. Una de las formas más efectivas de evitar la reproducción de las bacterias alimentarias es mantener los alimentos a temperaturas adecuadas.
Además, es esencial cocinar los alimentos a una temperatura lo suficientemente alta para matar las bacterias, especialmente aquellas que son tan peligrosas que pueden causar la muerte, como la Salmonella y E. coli. Otra forma de evitar la reproducción de las bacterias alimentarias es mantener una buena higiene, tanto personal como de los utensilios de cocina y del espacio en general. Las bacterias pueden transferirse de una persona a otra a través de las manos, por lo que es importante lavarse las manos antes y después de manipular alimentos y limpiar los utensilios de cocina con agua caliente y jabón.
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