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BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLAFACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIATAXONOMÍA BACTERIANAMC CARLOS GERARDO CASTILLO SOSAOTOÑO 2012
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¿QUÉ ES LA TAXONOMÍA?
Ciencia encargada de clasificar a los organismos.
¿Y que es clasificar?
•Un esquema que permite la identificación de MO y los asigna dentro de grupos o taxas basándose en similitud y relación evolutiva
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Teoría y proceso de la estructuración de los organismos en taxones, en función de su semejanza o parentesco evolutivo.
Taxonomía: Ciencia de la Clasificación
Taxón: grupo de organismos, considerado como una unidad en cualquier rango del sistema clasificatorio.
Sub-disciplinas Identificación: determinar que un aislamiento particular pertenece a un taxón reconocido.
Nomenclatura: asignación de nombre a los grupos taxonómicos de conformidad con normas publicadas.
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Organizar el conocimiento sobre los microorganismos:Todos los miembros de un grupo específico comparten numerosas características. Agrupar a los microorganismos en grupos útiles y significativos con nombres precisos.
Hacer predicciones y formular hipótesis.
Objetivos de la Taxonomía
Propiedades importantes de una clasificación taxonómica
EstableRobustaPredictiva
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TAXONES
Asignación a un taxón:
Se le hizo una descripción e identificación
Se asocio a un organismo «tipo»
Se le otorga un nombre en latín
Se publica en una revista científica
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NOMENCLATURA
Subdisciplina que aplica las reglas para nombrar y describir a los taxones
Códigos internacionales de nomenclatura
• Cada organismo posee un nombre correcto
• No hay dos taxones diferentes llevando un mismo nombre
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NOMENCLATURASistema Binominal
Nombre del genero (primera letra se escribirá en mayúscula)
Nombre designado para esa especie en concreto
El objetivo es que tenga un nombre único, que pueda ser utilizado en cualquier lengua
Escherichia coli
Escherichia coli
Escherichia coli
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NOMENCLATURA
Escherichia coli
Haemophilus influenzae
Bordetella bronchiseptica
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ESPECIE
Se define generalmente, como grupo de organismos capaces de
entrecruzarse y de producir descendencia fértil.
En BIOLOGÍA, especie es la unidad básica de la clasificación biológica.
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En MICROBIOLOGIA …
Especie es la unidad taxonómica básica
Especie: Grupo de cepas que tiene un alto grado de similitud en sus propiedades y que difieren en forma significativa de otros grupos de cepas.
Cepa: población de organismos que desciende de un único organismo o de una sola célula.
Definición en revisión continua Definición metodológica estándar: % de Hibridación > 70% Actualmente, el criterio es POLIFÁSICO (combinación de características fenotípicas, genómicas y filogenéticas)
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RANGOS TAXONOMICOS ENCLASIFICACION BACTERIANA
Taxones: DominioPhylumClaseOrdenFamiliaGéneroEspecieSub-especie
Categorías de clasificación a nivel de subespecie (tipificación)
• serovariedad o serotipo (antígenos distintos)• fagovariedad (tipificación por fagos)• biovariedad (diferencias bioquímicas y fisiológicas)• patovariedad (patogenicidad)• morfovariedad (diferencias morfológicas)• genomovariedad (grupos con ADN similares)
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RANGOS TAXONÓMICOS
Estructura Jerarquica en Taxonomía
-proteobacteria ß-proteobacteria
C hrom atia les Th iotrichales Legionella les Pseudom onadales V ibriona les
Escherich ia K lebsie lla P roteus Salm onella Serra tia
S . flexneri S . sonee i
Sh ige lla Yersin ia
Enterobacteriaceae
Enterobacteria les Pasteure lla les
-proteobacteria -proteobacteria proteobacteria
Proteobacteria
EubacteriaDominio
Phylum
Clase
Orden
Familia
Especie
Género
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PUBLICACIONESInternational Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology.Publicado por la Sociedad General de MicrobiologíaOtros: Applied and Environmental Microbiology, Systematic Applied Microbiology
COLECCIONES (cepas tipo y otras)ATCC (American Type Culture Collection)DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zelkulturen, Colección alemana)CIP (Colección del Instituto Pasteur, Francia)
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Algunos caracteres utilizados para la clasificación:
Morfológicos Fisiológicos Ecológicos Bioquímicos Moleculares Fenotípicos
Genotípicos
Carácter fenético: cualquier carácter utilizado, fenotípico o genotípico.
La caracterización de los microorganismos incluye el estudio de su fenotipo y genotipo
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Morfología: forma, tamaño y tinción
Presencia y disposición del esporo
Movilidad: tipo y disposición de flagelos
Nutrición y fisiología: fotótrofo, quimiótrofo,aerobio o anaerobio, temperatura y pH óptimos,fuentes alternativas de C, N y S
Otros: pigmentos, inclusiones celulares, sensibilidad a antibióticos, patogenicidad
Determinación del contenido GC del ADN genómico
%G+C= G + C x 100 G+C+A+T
Por métodos cromatográficosPor gradiente de CsCl …
Amplio rango en procariotas: 20 al 80%
Poca información para la caracterización taxonómica
Caracteres fenotípicos de valor taxonómico
Carácter genotípico
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¿CÓMO UTILIZAR LOS CARACTERES FENOTÍPICOS PARA LA IDENTIFICACIÓN?
Tinción de Gram
Características morfológicas
• Forma, presencia o ausencia de flageloComportamiento metabólico
• Crecimiento en presencia de oxigeno• CO2
Utilización de carbohidratos
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• Contenido G+C % G+C = G + C x 100
G + C + A + Tdeterminación por gradiente de CsCl, desnaturalización térmica o cromatografía
Amplio rango en procariotas: 20 al 80%Poca información para la caracterización taxonómica
criterio de exclusión: %GC > 3, probablemente especies diferentes
%GC >10,probablemente géneros diferentes
Características genotípicas clásicas
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POLIFÁSICA
Fenotípicos: - clásicos (morfología, nutrición, etc) - marcadores quimiotaxonómicos- perfil de proteínas totales y enzimas
Filogenéticos: basados en el gen del ARNr 16S
Genotípicos: clásicos: % G+C hibridación DNA-DNA
nuevos: fingerprinting (ej. perfiles moleculares por restricción o amplificación de ADN)
Es la tendencia moderna. Consenso en la integración de distintos tipos de caracteres:
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Hibridación DNA-DNA
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Taxonomía Molecular: Caracteres Genotípicos
• Hibridación ADN-ADN
Mide el grado de similitud entre secuencias de DNA de dos microorganismos.
Permite la diferenciación de microorganismos muy relacionados, cuando la secuenciación del rDNA falla.
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Ribotyping (Ribotipado)
Método que permite identificar y clasificar bacterias en función de los genes del RNA ribosomal.
El patrón de bandas obtenido para cada muestra consistirá en una serie de bandas discretas de mayor o menor intensidad, a manera de “huella dactilar génica” o código de barras”.
1. Extracción y digestión del DNA de una colonia bacteriana.2. Separación mediante electroforesis de los fragmentos de DNA.3. Transferencia de los fragmentos separados a una membrana de Nylon.4. Hibridación con una sonda del operón rRNA de marcada químicamente.5. Detección de las bandas mediante quimioluminiscencia.6. Análisis y comparación de las bandas frente a una base de datos.
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RAPD-typing de aislamientos de L. monocytogenes
Un iniciador (primer) reconoce secuencias al azar sobre el ADN bacteriano
Random amplified polimorphic DNA. RAPD
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Clasificación filogenética: Filogenia
Plantea hipótesis de EVOLUCIÓN (determina relaciones de parentesco entre las especies)
Método: Comparar la secuencia de moléculas y establecer la relación entre ellas.
Los cambios en las secuencias ocurren al azar y de un modo temporal-dependiente y cierta proporción de éstos permanece fijo en las moléculas.
LAS SECUENCIAS DE LAS MOLÉCULAS SON EL REGISTRO HISTÓRICO DE LA EVOLUCIÓN.
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cronómetros evolutivosGen 16SrRNAGen de la ATPasaGen de RecA
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Aislar el ADN Amplificar el 16S rADN (PCR) Secuenciar Análisis comparativo de las secuencias Construcción del árbol filogenético
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Árbol Filogenético Universal (Olsen y Woese, 1993)
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Ejemplo de un árbol filogenético basado en el gen ARNr 16S. La barra indica la sustitución de 10 nucleótidos cada 100
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Bergey´s Manual of Determinative Bacteriology 1923 (1ed)-1994 (9ed)Utilizado en la identificación de bacterias
Bergey´s Manual of Systematic Bacteriology 1a Ed 1984 (vol 1)-1989(vol 4)Principalmente fenética.
Bacterias G(-) de importancia general, médica o industrial.Bacterias G(+) distintas de actinomycetes.Bacterias G(-) con propiedades características, cianobacterias y arqueobacterias.Actinomycetos
Bergey´s manual of Systematic Bacteriology 2a Ed 2001-2005 (vol 1-vol 5)Fundamentalmente filogenética.
Archaea, Cianobacterias, Protótrofos verdes y Géneros muy ramificados.Proteobacterias.Bacterias G(+) con bajo contenido G+C. Bacterias G(+) con alto contenido G+C. Planctomycetes, Chlamydiae, Spirochetes, Fibrobacters, Bacteroidetes, Fusobacteria, Acidobacteria, Verrucomicrobia, Dictyoglomi, and Gemmatomonadetes
The Prokaryotes (http:/www.prokaryotes.com)
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ARBOL DEL DOMINIO BACTERIA
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Relación entre la definición de especie bacteriana y el análisis del gen ARNr 16S
En general se cumple: secuencia del gen del ARNr 16S difiere en mas del 3% con el resto de las secuencias conocidas de bacterias y el % de hibridación ADN-ADN es menor al 70%
especies diferentes
Definición especie: % de hibridación ADN1-ADN2 > 70%
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Alineamiento y corrección de secuencias
Comparación con base de datos de secuencias
Diferencia de secuencia con la cepa mas similar
>3%Confirmación con
pruebas fenotípicas
y genotípicas diferentesNueva
especie
<3%
Pruebas fenotípicas
Diferente<70%
Nueva especie
>70%
Nueva cepa de la misma especie
Similar
Nueva cepa
de la
misma especie
ANÁLISIS DE LA SECUENCIA
DEL GEN ARNr 16S PARA LA
IDENTIFICACIÓN DE UNA
CEPA BACTERIANA
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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank
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EL BERGEY’S MANUAL OF DETERMINATIVE BACTERIOLOGY
1923, David Bergey y colaboradores
Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology
Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology
Características generales :
• Morfología• Tinción de Gram• Relación con el oxigeno• Motilidad
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DIFERENCIAS CARACTERÍSTICAS ENTRE GRAM + Y -Propiedad Gram + Gram - Micoplasmas
Pared célula Membrana externa con lípidos, proteínas y LPS
Pared gruesa de peptidoglucano y ácidos teicoicos
Carecen de pared celular y peptidoglucano
Forma celular Esferas, óvalos, bacilos rectos o curvos, helices; algunos tienes capsulas
Esferas, bacilos o filamentos
Pleomorficos
Reproducción Fisión binaria, a veces gemación
Fisión binaria Gemación o fisión binaria
Metabolismo Fototrofico, quimiolitoautotrofico
Habitualmente quimioorganoheterotrofico
Quimioorganoheterotrofico
Motilidad Móviles o inmóviles Con mayor frecuencia inmóviles, con flagelación peritrica cuando son móviles
Inmóviles
Apéndices Pili y fimbrias Habitualmente carecen de apéndices
Carecen de apéndices
Endosporas No forman Algunos pueden formar No forman endosporas
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LAS CUATRO CATEGORÍAS PRINCIPALES DEL MANUAL BERGEY
I. Eubacterias gram negativas que tienen pared celular
II. Eubacterias gram positivas que tienen pared celular
III. Eubacterias que carecen de pared celular
IV. Arqueobacterias
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COMO UTILIZAR EL MANUAL
¿Es mi aislamien
to un microorga
nismo procariote
o eucariote? Capitulo
III
¿A cual categoría
mayor pertenece
mi aislamien
to? Capitulo
IV
¿A cual grupo
pertenece mi
aislamiento?
Capitulo V
¿A cual genero
pertenece mi
aislamiento?
Capitulo V
¿A cual especie
pertenece mi
aislamiento?
Capitulo V
Iden
tifi
caci
ón
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