Crecimiento Bacteriano y Replicación del ADN

Anuncio de Sorteo

Prueba tu suerte 🍀 ¡COMPRA UN BOLETO!

El crecimiento bacteriano es un fenómeno complejo y altamente regulado, en el que una célula progenitora produce dos células hijas equivalentes. Para que este proceso ocurra, la célula debe contar con un suministro adecuado de metabolitos que respalden la síntesis de los componentes celulares esenciales, en particular los nucleótidos necesarios para la replicación del ADN. La replicación bacteriana no es un evento aislado; es el resultado de una cascada de acontecimientos reguladores cuidadosamente sincronizados, que involucran la producción de proteínas clave y de ARN, semejante a una cuenta regresiva en un centro de lanzamientos espaciales, donde cada fase debe ocurrir de manera precisa para que el ciclo de replicación se inicie correctamente.

Durante la fase logarítmica del crecimiento bacteriano, especialmente en un medio nutritivo y rico en recursos, pueden ocurrir múltiples iniciaciones de la replicación cromosómica antes de que la célula se divida físicamente. No obstante, una vez que la replicación se inicia, la síntesis de ADN debe completarse en su totalidad, incluso si las condiciones del medio se deterioran y los nutrientes se agotan. La replicación del ADN bacteriano comienza en una secuencia específica del cromosoma denominada oriC, que actúa como punto de partida. Para llevar a cabo este proceso se requiere la acción coordinada de múltiples enzimas. La helicasa desenrolla la doble hélice de ADN, exponiendo las cadenas que servirán como molde; la primasa sintetiza los cebadores de ARN necesarios para iniciar la síntesis de ADN; y las ADN polimerasas dependientes de ADN catalizan la formación de nuevas cadenas complementarias de ADN. Las topoisomerasas desempeñan un papel crucial al aliviar la tensión torsional que se genera a medida que el ADN circular se desenrolla durante la replicación, lo que convierte a estas enzimas en objetivos importantes para antibióticos como las fluoroquinolonas.

La replicación se lleva a cabo de manera semiconservativa, utilizando ambas hebras parentales como moldes. La síntesis ocurre en las horquillas de replicación y avanza de manera bidireccional. Una de las hebras, conocida como hebra líder, se sintetiza de manera continua en dirección 5′ a 3′, mientras que la hebra rezagada se construye en fragmentos discontinuos llamados fragmentos de Okazaki, que posteriormente son unidos mediante la acción de la ADN ligasa. Para garantizar una fidelidad extremadamente alta, las ADN polimerasas poseen funciones de corrección de pruebas, que les permiten identificar nucleótidos incorrectos y corregir errores, asegurando la precisión de la información genética transmitida a las células hijas.

La replicación cromosómica está estrechamente ligada a la membrana celular, ya que cada cromosoma recién sintetizado se ancla a diferentes regiones de la membrana bacteriana. Este vínculo asegura que la síntesis de membrana, la formación de peptidoglicano y la división celular estén coordinadas; de hecho, la inhibición de la síntesis de peptidoglicano detiene también la división celular. A medida que la membrana crece, los cromosomas hijos son separados físicamente, y el inicio de la replicación cromosómica también activa la formación del septum, el primer indicio visible del proceso de división entre las células hijas.

Cuando los nutrientes se agotan o se acumulan productos tóxicos, como el etanol, o bien la célula se enfrenta a antibióticos, se desencadena la producción de alarmonas químicas. Estas moléculas inducen la detención de la síntesis de proteínas y otros procesos anabólicos, mientras que los procesos degradativos continúan. Sin embargo, la replicación de ADN ya iniciada sigue hasta su finalización, a pesar de las condiciones adversas. En estas situaciones, los ribosomas se degradan para liberar precursores de nucleótidos, y proteínas y componentes del peptidoglicano se reutilizan como metabolitos, lo que provoca una reducción del tamaño celular. La formación del septum puede comenzar, pero la división celular completa puede no ocurrir. Como resultado, muchas células mueren, mientras que algunas logran sobrevivir hasta que las condiciones mejoran. En ciertas especies, estas señales pueden inducir procesos de esporulación, mientras que en otras, la falta de nutrientes puede estimular la transformación, la captación de ADN externo que podría conferir ventajas adaptativas frente al estrés ambiental.

Dinámica Poblacional Bacteriana

Cuando las bacterias se introducen en un medio nuevo, no comienzan a dividirse de inmediato. Antes de iniciar la multiplicación celular, deben adaptarse a las condiciones ambientales del nuevo entorno, un proceso que implica ajustar sus rutas metabólicas, expresar proteínas necesarias y reorganizar sus recursos internos. Este período de adaptación se conoce como la fase de latencia o fase lag, y su duración depende de factores como la naturaleza del medio, la edad de la población y las condiciones fisiológicas de las células.

Una vez completada esta fase de ajuste, las bacterias entran en la fase logarítmica o exponencial de crecimiento. En esta etapa, las células se dividen de manera constante y rápida, siguiendo un tiempo de duplicación característico de la cepa y determinado por la disponibilidad de nutrientes, la temperatura, el pH y otros factores ambientales. Durante la fase logarítmica, el número de células aumenta de manera predecible según la relación 2ⁿ, donde n representa el número de generaciones o duplicaciones. Esta fase refleja la capacidad máxima de reproducción de la población bajo condiciones óptimas y constituye el momento en que la actividad metabólica de la célula es más intensa.

Sin embargo, este crecimiento exponencial no puede mantenerse indefinidamente. A medida que los nutrientes se agotan o se acumulan productos metabólicos tóxicos en el medio, el crecimiento celular se desacelera hasta que se detiene completamente, marcando la entrada de la población en la fase estacionaria. En esta etapa, el número de células vivas se estabiliza, ya que la tasa de crecimiento se equilibra con la tasa de muerte celular. La población se adapta a la escasez de recursos, y muchos procesos metabólicos se ajustan para conservar energía y mantener la viabilidad.

Si las condiciones permanecen adversas, la población entra en la fase de muerte o declive. Durante esta fase, muchas células pierden la capacidad de dividirse y mueren, pero un subgrupo puede sobrevivir, permaneciendo viables y a menudo mostrando resistencia temporal frente a antibióticos o condiciones de estrés extremo. Estas células resistentes representan un mecanismo de supervivencia que permite que la población persista hasta que las condiciones mejoren, demostrando la extraordinaria capacidad de adaptación y resiliencia de los microorganismos.

Homo medicus

¡G r a c i a s p o r v i s i t a r n o s!

Fuente y lecturas recomendadas:

Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., & Stahl, D. A. (2018). Brock biology of microorganisms (15th ed.). Pearson.
Murray, P. R., Rosenthal, K. S., & Pfaller, M. A. (2025). Medical microbiology (10th ed.). Elsevier.
Carroll, K. C., & Pfaller, M. A. (2023). Manual of clinical microbiology (13th ed.). American Society for Microbiology Press.
Riedel, S., Hobden, J. A., Miller, S., Morse, S. A., Mietzner, T. A., Detrick, B., Mitchell, T. G., Sakanari, J. A., Hotez, P., & Mejía, R. (2020). Microbiología médica (28ª ed.). McGraw-Hill Interamericana Editores.