A diferencia de los eucariotas, las bacterias no tienen un núcleo formado, pero su ADN no está disperso por toda la célula, sino que está concentrado en una estructura compacta llamada nucleoide. En términos funcionales, es un análogo funcional de un aparato nuclear.
Qué es un nucleoide
Un nucleoide bacteriano es una región de sus células que contiene material genético estructurado. A diferencia del núcleo eucariótico, no está separado por una membrana del resto del contenido celular y no tiene una forma permanente. A pesar de esto, el aparato genético de las bacterias está claramente separado del citoplasma.
El término en sí significa "similar a un núcleo" o "región nuclear". Esta estructura fue descubierta por primera vez en 1890 por el zoólogo Otto Buchli, pero sus diferencias con el aparato genético de los eucariotas ya se identificaron a principios de la década de 1950 gracias a la tecnología de microscopía electrónica. El nombre "nucleoide" corresponde al concepto de "cromosoma bacteriano", si este último está contenido en una célula en una sola copia.
Nucleoid no incluye plásmidos queson elementos extracromosómicos del genoma bacteriano.
Características del nucleoide bacteriano
Por lo general, el nucleoide ocupa la parte central de la célula bacteriana y se orienta a lo largo de su eje. El volumen de esta formación compacta no supera las 0,5 micras3, y el peso molecular varía de 1×109 a 3×109 d alton. En ciertos puntos, el nucleoide está unido a la membrana celular.
El nucleoide bacteriano contiene tres componentes:
- ADN.
- Proteínas estructurales y reguladoras.
- ARN.
El ADN tiene una organización cromosómica diferente a la eucariota. En la mayoría de los casos, el nucleoide bacteriano contiene un cromosoma o varias copias del mismo (con un crecimiento activo, su número llega a 8 o más). Este indicador varía según el tipo y la etapa del ciclo de vida del microorganismo. Algunas bacterias tienen múltiples cromosomas con diferentes conjuntos de genes.
En el centro del nucleoide, el ADN está muy apretado. Esta zona es inaccesible para los ribosomas, las enzimas de replicación y transcripción. Por el contrario, los bucles desoxirribonucleicos de la región periférica del nucleoide están en contacto directo con el citoplasma y representan regiones activas del genoma bacteriano.
La cantidad del componente proteico en el nucleoide bacteriano no supera el 10%, que es unas 5 veces menor que en la cromatina eucariótica. La mayoría de las proteínas están asociadas al ADN y participan en su estructuración. El ARN es un productotranscripción de genes bacterianos, que se lleva a cabo en la periferia del nucleoide.
El aparato genético de las bacterias es una formación dinámica capaz de cambiar su forma y conformación estructural. Carece de los nucléolos y del aparato mitótico característicos del núcleo de una célula eucariota.
Cromosoma bacteriano
En la mayoría de los casos, los cromosomas nucleoides bacterianos tienen forma de anillo cerrado. Los cromosomas lineales son mucho menos comunes. En cualquier caso, estas estructuras están formadas por una única molécula de ADN, que contiene un conjunto de genes necesarios para la supervivencia de las bacterias.
El ADN cromosómico se completa en forma de bucles superenrollados. El número de bucles por cromosoma varía de 12 a 80. Cada cromosoma es un replicón completo, ya que al duplicarse el ADN se copia por completo. Este proceso siempre comienza desde el origen de replicación (OriC), que está adherido a la membrana plasmática.
La longitud total de una molécula de ADN en un cromosoma es varios órdenes de magnitud mayor que el tamaño de una bacteria, por lo que se hace necesario empaquetarla, pero manteniendo la actividad funcional.
En la cromatina eucariótica, estas tareas las realizan las proteínas principales: las histonas. El nucleoide bacteriano contiene proteínas de unión al ADN que son responsables de la organización estructural del material genético y también afectan la expresión génica y la replicación del ADN.
Las proteínas asociadas a nucleótidos incluyen:
- proteínas similares a histonas HU, H-NS, FIS e IHF;
- topoisomerasas;
- proteínas de la familia SMC.
Los 2 últimos grupos tienen la mayor influencia en el superenrollamiento del material genético.
La neutralización de las cargas negativas del ADN cromosómico se lleva a cabo mediante poliaminas e iones de magnesio.
El papel biológico del nucleoide
En primer lugar, el nucleoide es necesario para que las bacterias almacenen y transmitan información hereditaria, así como para implementarla a nivel de síntesis celular. En otras palabras, el papel biológico de esta formación es el mismo que el del ADN.
Otras funciones de los nucleoides bacterianos incluyen:
- localización y compactación de material genético;
- empaquetado de ADN funcional;
- regulación del metabolismo.
La estructuración del ADN no solo permite que la molécula encaje en una célula microscópica, sino que también crea las condiciones para el flujo normal de los procesos de replicación y transcripción.
Las características de la organización molecular del nucleoide crean condiciones para el control del metabolismo celular al cambiar la conformación del ADN. La regulación se produce mediante el bucle de ciertas secciones del cromosoma hacia el citoplasma, lo que las hace disponibles para las enzimas de transcripción, o viceversa, al atraerlas.
Métodos de detección
Hay 3 formas de detectar visualmente un nucleoide en bacterias:
- microscopía óptica;
- microscopía de contraste de fase;
- microscopía electrónica.
Dependiendo del métodola preparación de la preparación y el método de investigación, el nucleoide puede verse diferente.
Microscopía óptica
Para detectar un nucleoide utilizando un microscopio óptico, las bacterias se tiñen preliminarmente para que el nucleoide tenga un color diferente al resto del contenido celular, de lo contrario esta estructura no será visible. También es obligatorio fijar las bacterias en un portaobjetos de vidrio (en este caso, los microorganismos mueren).
A través de la lente de un microscopio óptico, el nucleoide parece una formación en forma de frijol con límites claros, que ocupa la parte central de la célula.
Métodos de coloración
En la mayoría de los casos, se utilizan los siguientes métodos de tinción para bacterias para visualizar el nucleoide mediante microscopía óptica:
- según Romanovsky-Giemsa;
- Método Felgen.
Al teñir según Romanovsky-Giemsa, las bacterias se fijan previamente en un portaobjetos de vidrio con alcohol metílico y luego, durante 10 a 20 minutos, se impregnan con un tinte de una mezcla a partes iguales de azul, eonina y azul de metileno, disuelto en metanol. Como resultado, el nucleoide se vuelve morado y el citoplasma se vuelve rosa pálido. Antes de la microscopía, la mancha se drena y el portaobjetos se lava con destilado y se seca.
El método Feulgen utiliza hidrólisis ácida débil. Como resultado, la desoxirribosa liberada pasa a la forma de aldehído e interactúa con la fucsina-ácido sulfuroso del reactivo de Schiff. Como resultado, el nucleoide se vuelve rojo y el citoplasma se vuelve azul.
Microscopía de contraste de fase
La microscopía de contraste de fase hamayor resolución que la luz. Este método no requiere fijación ni tinción de la preparación: la observación se realiza para bacterias vivas. El nucleoide en tales células parece un área ovalada clara contra el fondo del citoplasma oscuro. Se puede hacer un método más eficaz aplicando tintes fluorescentes.
Detección de nucleótidos con un microscopio electrónico
Hay 2 formas de preparar una preparación para el examen de nucleoides bajo un microscopio electrónico:
- corte ultrafino;
- Cortar bacterias congeladas.
En micrografías electrónicas de una sección ultrafina de una bacteria, el nucleoide tiene la apariencia de una estructura de red densa que consiste en filamentos delgados, que se ve más claro que el citoplasma circundante.
En una sección de una bacteria congelada después de la inmunotinción, el nucleoide parece una estructura parecida a un coral con un núcleo denso y protuberancias delgadas que penetran en el citoplasma.
En fotografías electrónicas, el nucleoide de las bacterias suele ocupar la parte central de la célula y tiene un volumen menor que en una célula viva. Esto se debe a la exposición a los productos químicos utilizados para fijar la preparación.
