III.l. Taxonoma, sistemtica y nomenclatura

Los trminos taxonoma y sistemtica marcan en su significado matices di- ferenciales claros. 8

La taxonoma estudia los principios de clasificacin de los organismos segn las semejanzas y diferencias de sus caracteres. La sistemtica trata de los resulta- dos que se obtienen al aplicar tales principios.

Uno de los objetivos de la taxonoma es descubrir un orden en el aparente caos de diversidad de formas microbianas. Igual que los quimicos estudian los pesos at6micos y-valencias de !os elementos, y son -capaces de distinguir relaciones que hicieron posible la construccin del Sistema Peridico de los Elementos, el taxo- nomista intenta preparar un esquema conveniente de clasificacin para los organis- mos.

Uno de los hechos ms tiles resultante de los estudios taxonmicos fae el des- cubrimiento de que dos o ms caractersticas estn a menudo emparejados; por ejemplo, la movilidad de las bacterias y la presencia de flagelos se dan conjunta- mente en gran nmero de ellas.

El concepto de taxonoma no adquiere un verdadero valor histrico hasta que a partir del siglo XVI la Botnica comienza a perfilarse como una verdadera cien- cia, tomando en consideracin descripcin y clasificacin de las plantas, sus pro- piedades y, sobre todo, el uso de las mismas en Agronoma y Medicina.

En el siglo XVIII, Linneo publica su tratado Species Plantarum (1753) y la dcima edicin de su Systema Naturae (1758), que constituyen la base del sistema de clasificacin para plantas y animales, respectivamente, fijndose esencialmente en las distintas maneras de nutrirse los organismos de cada reino (las plantas como organismos auttrofos, en general inmviles, y los animales como seres hetertro- fos y mviles).

Las unidades sistemticas de cualquier categora se designan con el nombre de taxones o estirpes. De todas ellas la Especie es la categora taxonmica ms importante. Se renen en una especie todos los individuos particulares, incluyendo sus antepasados y descendientes (filogenia), que concuerdan entre s en numerosos caracteres y en especial en todos los esenciales.

Las especies que poseen una serie de caracteres comunes se agrupan en Gne- ros, stos de forma anloga en Familias; las familias en rdenes, stos en Clases y las clases en Divisiones. Dentro de las especies suelen distinguirse Subespecies, Variedades, Lrieas y Cloiies o Cepas. Estas ltimas para designar la poblacin de clulas genticamente idnticas, procedentes de una sola. Todas ellas constituyen las diferentes categoras taxonmicas.

Conviene distinguir tambin entre ~axondma y Nomenclatura. Esta ltima trata, evidentemente, de la denominacin o desdripcin detallada de cada especie de microorganismo. El nominar una especie es una prctica conveniente que expresa a modo de taquigrafa las propiedades colectivas de un organismo.

El mtodo usado actualmente para designar cientficamente una especie micro- biana es la de !a 1zonzenc1atu1-a bilzal-ia.

Cuando se descubre un nuevo microbio, hay que ponerle nombre y publicar una descripcin del mismo, en latn. Este nombre consta de dos palabras, una el trmino especfico, con carcter de adjetivo, y peculiar de la nueva especie, y la otra el nombre genrico, para designar el gnero al cual pertenece.

El nombre del gnero se escribe con la primera letra en mayscula y cursiva, y a continuacin el especfico, tambin en cursiva pero con minscula, aa- diendo seguidamente el nombre del autor que ha descrito o dado nombre a la ci- tada especie.

A ttulo de ejemplo en: Kloeckera apiculata (REES) JANKE, el nombre de la especie con carcter de adjetivo hace referencia a la forma apiculada o de limn, en Saccharomyces montuliensis (NIGO), a la localidad de Montilla (Cordoba) donde se aisl y caracteriz por primera vez esta levadura de flor, y en Sacchal-omyces cerevisiae (HANSEN) La especie alude obviamente al proceso cervecero. La situacin de la variedad ellipsoideus en las diferentes categoras taxon- micas aparece a continuacin en la figura 111.1.

Divisin Clase Subclase Orden Fzmilia Subfamilia Gnero Especie Variedad

Micophitas Eumycetos Ascomycetos Endomycetales Sacchal-omycetaceae Saccharomycetoideae Sacchai-omyces cel-evisiae ellipsoideus

Figura 111.1. Situacin de Saccharomyces cerevisiae var. ellipsoideus (Hansen) Dekker en las diferentes categoras taxonmicas

111.2. Taxonoma clsica, taxonoma numrica y taxonoma molecular

Existen varias formas de abordar los estudios de taxonoma microbiana. La primera de ellas es la taxor7onza clsica; aplicada durante ms de un siglo,

su metodologa consiste en determinar varios caracteres de diferentes microorga- nismo~, y esos mismos usarlos despus en la separakin de grupos.

Los primeros caracteres determinados suelen ser los morfolgicos y es- tructurales; despus los funcionales.

La importancia del carcter morfolgico se debe, por una parte, a la mayor facilidad en su determinacin por tcnicas microscpicas y, por otra, a su mayor estabilidad gentica.

Adems de la morfologa, suelen utilizarse numerosa'k pruebas de carcter estructural, fisiolgico, reproductivo y ecolgico.

Otra forma de abordar el procedimiento taxonmico es la que sigue la taxono- nzia numrica, en la cual se da la misma importancia a todos los caracteres deter- minados; un ordenador analiza los datos determinados para un gran nmero de microorganismos reconociendo las diferencias y analogas entre ellos.

Las primeras separaciones se hacen tambin atendiendo a caracteres morfolgi- cos y estructurales, realizando a continuacin un gran nmero de pruebas de natura- leza variada, anotando los resultados de las mismas con un signo positivo o nega- tivo; los datos se recogen en tablas y son codificados; hay que calcular un coeficiente de confianza para las cepas en estudio; ste ser mayor cuanto ms semejante sean los microorganismos analizados. Los caracteres negativos comunes a las cepas no se toman en consideracin a la hora de calcular dicho coeficiente, ya que la ausencia comn de un carcter no implica necesariamente Un parentesco.

El ordenador construye tambin una matriz de semejanza en la que es posible ordenar jerrquicamente en fnones todas las cepas microbianas estudiadas.

La taxonoma numrica ha sido aplicada en la clasificacin de bacterias lcti- cas del vino. B m e (1969) ha determinado las relaciones taxonmicas existentes entre 65 cepas de lactobacilos aisladas de vinos y 4 cepas de coleccin (ATCC), con ayuda del anlisis adansoniano. Su trabajo muestra que se pueden poner en evidencia los caracteres genticos ms representativos para reagruparlos despus en una clave de clasificacin, pudiendo juzgar el valor taxonmico de un carcter de inters prctico en Enologa.

La taxonoma numrica, al analizar m u c h ~ s caracteres, obtiene resultados poco equvocos y determina categoras taxonmicas estables; sin embargo, la correlacin entre taxonoma clsica y numrica no es siempre muy satisfactoria.

La tercera forma de abordar el estudio para la clasificacin de microorganis- mos es la taxonoma molecular y gentica, que parte de la idea de que cuanto ms parecidos son dos organismos, mayores su semejanza gentica, tratando de

demostrar que las secuencias de bases del DNA de dos clulas son parecidas o exactamente iguales.

Para estudios de este tipo pueden utilizarse varias alternativas (Broock, 1976):

Estudio de la composicin de bases del ADN Aunque no se conozcan las secuencias de basgs pnicas y pirimdicas, s pue-

den determinarse las proprciones de las mismas en el DNA total. Se ha calculado que si dos organismos difieren en el contenido de Guani-

na-Citosina en ms del 10% tienen pocas secuencias de bases en comn. Por tanto, no se considerarn estrechamente relacionadas, al no ser descendientes de un ante- pasado comn. Sin embargo, puede ocurrir a veces que dos clulas con proporcio- nes de bases idnticas no estn relacionadas, ya que en cidos nucleicos de la misma composicin de bases son posibles muchas secuencias diferentes.

Estudios de hibridacin y homologa de los cidos nucleicos Cuando se calienta una preparacin de DNA, las dos cadenas que lo forman se

separan, siendo una complementaria de la otra. Cuando la mezcla se -enfra lentamente, las dos cadenas complementarias se

vuelven a asociar, formndose otra vez la doble hlice. Como la nueva asociacin requiere que las secuencias de bases sean complementarias, ia presencia de secuencias iguales de dos microorganismos diferentes puede detectarse midiendo el grado en que sus cidos nucleicos son capaces de interaccionar especficamente.

Para estudiar esta hibridacin suele utilizarse cido nucleico radiactivo de una cepa (marcado con C14), y no radiactivo de la otra, midiendo tras la desnaturaliza- cin ei porcentaje de cido nucleico radiactivo enlazado.

El grado de hibridacin de los cidos nucleicos es menor cuando los mi- croorganismo~ no estn estrechamente relacionados, aunque la composicin con- junta de bases pnicas y pirimdicas sea la misma. Estudio de analogas enzimticas

La determinacin de la secuencia de aminocidos en una protena purificada constituye el mejor mtodo a la hora de compararla con otra protena.

La secuencia de aminocidos est a su vez controlada por la secuencia de bases del DNA que controla su sntesis, por lo que resulta lgico que protenas funcio- nalmente similares, y que tienen secuencias parecidas de aminocidos, provengan de genes microbianos que estn estrechamente relacionados.

Cuando no es posible determinar la secuencia de aminocidos de la protena, puede estudiarse y compararse el mismo enzima de diferentes clulas por tcnicas de movilidad electrofortica, o bien investigando el pH ptimo, los inhibidores o la estabilidad cataltica frente a los cidos o al calor; datos, todos ellos, que pueden dilucidar la naturaleza proteica, igual o diferente, del enzima en cuestin.

Estos trabajos de homologacin de protenas demuestran que existe mayor diversidad entre bacterias que entre organismos superiores. Las deshidrogena- sas-mlicas de las enterobobactericeas son muy similares, pero diferentes a las de las bacterias lcticas.

Estudios de recombinacin gentica La recombinacin gentica, consistente en la seordenacin de genes preexis-

tentes en un organismo (16 que origina un nuevo genotipo), ha ido sustituyendo a las tcnicas genticas de mutacin mediante agentes fsicos o qumicos en la selec- cin de cepas microbianas utilizadas con fines industriales.

La recombinacin gentica es til como instrumento taxonmico porque hace posible el reconocimiento de analogas y semejanzas entre microorganismos, aunque no de diferencias. Sin embargo, su utilidad es mayor en bacterias, ya que en los euca- notas est limitada por la incapacidad de los cromosomas para aparearse en la meiosis.

111.3. El antiguo cuadro sistemtico de los eumycetos

En un intento de agrupar dentro del Reino Vegetal organismos unicelulares o pluricehlares, como algas, lquenes, hongos y bacterias, Frobisher (1974) adopt la clasificacin que se describe a continuacin dando cabida en ella a todos los grupos microbianos de inters enolgico. V

De acuerdo con 12 clasificacin adoptada por Frobisher (1974), dentro de las Talofitas, que son plantas sin tallos, ni races, ni hojus, ni flores, se incluyer, algas, lquenes y fungi o mycetos; en estos ltimos se integran tres agrupaci-ones: Mixomycetos o mohos mucilaginosos, Esquizomycetos o bacterias y Eumycetos u hongos verdaderos (fig. 111.2).

TALLOPHYTA L

ALGAE L

FUNGl 1 J 1

MYXOMYCETES SCHIZOMYTECES EUMYCETES

L J J 1 PHYCOMYCETES ASCOMYCETES FUNGl IMPERFECTI BASIDIOMYCETES

Figura 111.2. El cuadro sistemtico de los eumycetos propuesto por Frobisher (1974)

A su vez, dentro de los Eumycetos, cuatro clases integran la divisin de los mismos:

Fycomice tos Caracterizados por tener micelios no septados, esporas sexuales libres (zigos-

poras) y esporas asexuales contenidas en esporangios.

Ascomyce tos Incluye formas de levaduras, principalmente unicelulares, con esporas sexua-

les contenidas en ricas (familia Endonlycetaceae o Sacclzal-omycetaceae), y formas filamentosas de mohos con micelios septados (Asper-gill~is, Penicilli~lnl).

Fungi impetfecti B

En esta clase se incluyen las levaduras que no presentan el fenmeno de la reproduccin sexual (familia Criptococcaceae); muchos hongos parsitos de plan- tas superiores, y otros que causan enfermedades cutneas, se sitan -aqu pendien- tes de que se realicen estudios ms completos.

Basidiomycetos Agrupa a los hongos con micelios septados y esporas~sexuales en basidios. Las setas u hongos superiores y muchos mohos o tizones (Claviceps p~irp~irae)

pertenecen a esta clase, en la que tambin-figuran dos nicos gneros de levaduras (Sporobolomyces y Bullera), pero sin inters enolgico.

111. 4. La posicin de las levaduras segn la filogenia molecbiiar revelada. por el ANr

La secuenciacin molecular del ARN ribasmico ha introducido un mtodo totalmente nuevo para la determinacin deinterrelaciones evolutivas.

Como se describen en el CapituIo 1 solamente se pueden definir, desde este contexto, tres reinos vivos: Arqueobacterias, Eubacterias y Eucariotas.

Las interrelaciones evolutivas organismos eucariotas se han deducido tradicio- nalmente del registro de fsiles y de comparaciones con plantas y animales ya extinguidos.

MlCROSPORlDlOS MOHOS VISCOSOS

\ FLAGELADO: ANIMALES

Figura 111.3. rbol filogentico eucaritico basado en comparaciones de secuencias de ARNr (Brock y Madigan, 1993).

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La secuenciacin molcular ha mejorado en gran forma la construccin de rboles evolutivos para los eucariotas inferiores, como las levaduras y los mohos que aparecen segn Brock (1993) muy prximas a las plantas en un rbol filogentico eucaritico basado en comparaciones de la secueticia de RNA ribosmico 18 S.

Un examen detallado del rbol evolutivo permite observar que la distancia evolutiva entre plantas y levaduras es pequea, e ihcluso ms pequea en relacin a los animales que a los mhos mucilaginosos. Organismos ms semejantes fenoti- picamente, pueden estar ms alejados que el hombre y el gusano de tierra en el rbol evolutivo de los animales.

111.5. La taxonoma clsica de levaduras #

Como criterios de clasificacin de levaduras, se sigue el examen de aquellos rasgos que son distintos en los diversos tipos.

Los criterios taxonmicos ms importantes utilizados en la clasificacin de levaduras son los de averiguar los caracteres morfolgicos y los fisiolgicos.

Caracteres morfolgicos Caractersticas de la reproduccin vegetativa: Gemacin. Biparticin. Combi-

nacin de los dos procesos. Caractersticas de las clulas vegetativas: Morfologa celular en medio slido.

hlorfologa celular en medio liquido. Tamao de la c.lula. Caractersticas de las agrupaciones celulares: Pareja gemante. Grupo multige-

mante. Pseudomicelio. Caractersticas de las vegetaciones desarrolladas en medio lquido: Formacin

de velo. Formacin de anillo. Formacin de depsito. Formacin de turbidez. Caractersticas de las vegetaciones desarrolladas en medio slido: Color,

tamao, aspecto de la colonia, ptina, etc. Caractersticas de la reproduccin sexual: Formacin de zigoto. Formacin de

ascosporas. Forma, tamao y nmero de las esporas.

Caracteres fisiolgicos Utilizacin de compuestos hidrocarbonatados: Fermentacin de azcares. Asi-

milacin de azcares. Hidrlisis de arbutina. Desarrollo en presencia de etanol. Asimilacin de cidos orgnicos (mlico, tartrico). Asimilacin de alcoholes polihdricos (eritritol, mbitol, glicerina):

Produccin de pigmentos carotinoides. Produccin de compuestos anlogos al almidn. Produccin de steres.

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0 Produccin de cidos. Escisin de grasas. Reaccin al cultivar en leche tornasolada (litmus-milk). Asimilacin de nitratos.