Ejercicios: Eubacterias y arqueobacterias

Indica tres diferencias estructurales entre una célula procariota bacteriana y una célula eucariota, y explica qué consecuencia funcional tiene cada una.

Muchas arqueobacterias son extremófilas (termófilas, halófilas, acidófilas). Describe qué ambientes colonizan, qué adaptaciones bioquímicas les permiten vivir allí y por qué su estudio interesa a las hipótesis sobre el origen de la vida.

Observa las bacterias del esquema (A a F). Clasifícalas según su forma (coco, bacilo, espirilo o vibrio) y, en su caso, según su agrupación (diplococos, estreptococos, estafilococos), poniendo un ejemplo conocido donde puedas.

Explica qué es la pared celular bacteriana (peptidoglucano) y en qué consiste la tinción de Gram: qué dos grandes grupos distingue (grampositivas y gramnegativas) y por qué es tan útil para elegir un tratamiento.

1. a) Nombra tres estructuras externas que puede presentar una bacteria.
2. b) Explica la función principal de cada una de ellas.

¿Qué es una endospora? Explica cómo se forma, qué resistencia extraordinaria tiene (calor, desecación, desinfectantes) y por qué complica la esterilización en medicina y en conservas (ejemplos: tétanos, botulismo).

Diferencia una bacteria aeróbica estricta, una anaeróbica estricta y una anaeróbica facultativa, y asocia cada tipo a un ambiente (superficie del suelo, fondo de una herida profunda, tubo digestivo).

¿Qué son los plásmidos? Explica qué tipo de genes suelen llevar (resistencias a antibióticos, toxinas) y por qué su capacidad de pasar de una bacteria a otra preocupa a los médicos.

El metabolismo bacteriano es muy diverso. Describe los tipos fotoautótrofo, quimioautótrofo y heterótrofo: de dónde obtiene cada uno la energía y el carbono, y pon un ejemplo de bacteria o de ambiente para cada tipo.

Explica el papel esencial de las bacterias en los ciclos del nitrógeno y del carbono (fijación, nitrificación, desnitrificación y descomposición) y razona qué ocurriría en los ecosistemas si desaparecieran.

Cita dos diferencias moleculares entre eubacterias y arqueobacterias (por ejemplo, en la pared celular o en los lípidos de membrana) y explica por qué se clasifican en dominios distintos.

Los biofilms son comunidades bacterianas adheridas a una superficie y envueltas en una matriz. Explica dónde se forman (sarro dental, catéteres, tuberías, piedras del río), por qué son mucho más resistentes a los antibióticos y a los desinfectantes que las bacterias libres y qué problemas causan en hospitales.

Las cianobacterias fueron llamadas «algas azules» durante siglos. Explica por qué ese nombre era incorrecto (organización procariota), qué fotosíntesis realizan (oxigénica) y qué papel histórico jugaron en la atmósfera terrestre.

En el laboratorio se usan medios selectivos y diferenciales. Explica qué es cada tipo con un ejemplo (agar MacConkey selecciona gramnegativas y distingue fermentadoras de lactosa; agar sangre revela la hemólisis) y qué información aportan al identificar una bacteria desconocida.

Las arqueobacterias metanógenas producen metano. Explica dónde viven (rumen de los herbívoros, fondos de pantanos y arrozales, plantas de tratamiento de aguas residuales), de qué se alimentan y por qué su metabolismo interesa a la vez al clima (el metano como gas de efecto invernadero) y a la energía (biogás).

La simbiosis bacteriana va mucho más allá del intestino humano. Describe un ejemplo concreto —las bacterias luminosas del calamar (Vibrio fischeri) o los nódulos de Rhizobium en las leguminosas— explicando qué aporta cada socio y cómo se «reconocen» para establecer la asociación.

Un paciente hospitalizado que recibe clindamicina (un antibiótico de amplio espectro) durante tres semanas desarrolla una diarrea grave por infección de Clostridioides difficile. Esta bacteria estaba presente en su intestino antes de iniciar el tratamiento, pero representaba menos del 0.1 % de la comunidad microbiana y no causaba ningún síntoma. Tras fracasar varias líneas de fármacos, se le practica un trasplante de microbiota fecal (TMF) de un donante sano, logrando erradicar la infección en 48 horas.

1. a) Justifica este cuadro clínico empleando con precisión los conceptos ecológicos de nicho ecológico, exclusión competitiva y resistencia a la colonización.
2. b) Diseña un experimento sencillo con ratones de laboratorio axénicos (libres de gérmenes) que permita discernir si el factor curativo del trasplante fecal radica en la competencia física directa ejercida por bacterias viables o en metabolitos protectores termoestables disueltos en el filtrado de las heces del donante.

Durante un verano cálido, un embalse recibe un vertido rico en fósforo que desploma la relación nitrógeno:fósforo (N:P) del agua. Pocas semanas después se forma una densa capa verdosa en la superficie dominada por cianobacterias filamentosas con heterocistes, y los análisis detectan niveles peligrosos de microcistinas.

1. a) Justifica por qué las cianobacterias fijadoras de nitrógeno desplazan a las microalgas eucariotas cuando la relación N:P disminuye drásticamente. Explica qué incompatibilidad bioquímica fundamental resuelve el heterociste y qué adaptaciones estructurales y metabólicas presenta para lograrlo.
2. b) Paradójicamente, a pesar de que las cianobacterias realizan la fotosíntesis oxigénica, los técnicos del embalse registran una mortandad masiva de peces por anoxia en las capas intermedias y de fondo. Deduce las causas ecológicas y bioquímicas de este colapso de oxígeno a lo largo de la columna de agua.

En una mina de sulfuros metálicos se analizan dos zonas: una escombrera de pirita (FeS_2) compactada y sellada frente al aire, y otra escombrera idéntica pero porosa, húmeda y expuesta a la intemperie. El agua que drena de esta segunda escombrera tiene un pH de 1.7 y alta concentración de iones férricos (Fe^3+) y sulfato, debido a la acción de Acidithiobacillus ferrooxidans.

1. a) Deduce el papel que desempeña A. ferrooxidans como catalizador biogeoquímico: explica qué especie química oxida, cuál es el aceptor final de electrones y por qué su metabolismo acidifica el medio de forma tan acusada. Clasifica su tipo metabólico según su fuente de carbono y energía.
2. b) Una empresa minera utiliza biorreactores con A. ferrooxidans para lixiviar calcopirita de baja ley (biolixiviación), mientras que la Confederación Hidrográfica denuncia a la mina por el drenaje ácido de la escombrera abierta. Justifica químicamente por qué el mismo proceso microbiano constituye una biotecnología limpia y rentable en un contexto, pero una catástrofe ecotoxicológica para los ecosistemas fluviales en el otro.

Para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero del ganado, se suministra a un lote de vacas un aditivo que bloquea la enzima metil-coenzima M reductasa de las arqueas metanogénicas del rumen. Durante los primeros días, las emisiones de CH_4 caen un 80 %, pero se observa una acumulación anormal de gas H_2 libre en el rumen y una disminución en la digestión de la fibra de forraje (celulosa).

1. a) Explica la relación de sintrofía que une a las bacterias celulolíticas y a las arqueas metanogénicas en condiciones normales, y razona por qué la acumulación de H_2 libre frena termodinámicamente la degradación microbiana de la celulosa (inhibición por producto en la regeneración de NAD^+).
2. b) Los veterinarios corrigen este problema aumentando la proporción de almidón en la dieta, lo que estimula a las bacterias que producen propionato frente a las que producen acetato. Justifica bioquímicamente por qué la síntesis de propionato actúa como un «sumidero alternativo de electrones» que desatasca la fermentación ruminal sin producir metano.