Los procariotas, como las bacterias, son la causa de muchas enfermedades que afectan a los seres humanos. Luchamos contra ellas todos los días, sin ni siquiera pensar en ello: desde lavarnos las manos, hasta desinfectar zonas de mucho uso como pomos de puertas, escritorios y mesas e, incluso, nuestros teléfonos. Quizá te preguntes: ¿con qué frecuencia debo lavarme las manos o desinfectar las superficies? ¿De verdad pueden reproducirse las bacterias tan rápidamente?
Dado que los procariotas —en concreto, las bacterias— son simples, en comparación con los eucariotas, pueden reproducirse mucho, mucho más rápido. De hecho, ¡algunas bacterias pueden reproducirse cada 20 minutos! Para ponerlo en perspectiva: a ese ritmo, ¡una sola bacteria puede crecer hasta formar una colonia de 250.000 individuos en 6 horas! ¿Cómo es posible? Pues, gracias a un proceso llamado fisión binaria.
- En este resumen aprenderás qué es la fisión binaria y cuál es su función.
- Además, revisaremos las etapas y tipos de fusión binaria.
- Adicionalmente, exploraremos las diferencias entre la fisión binaria y la mitosis, así como sus ventajas y desventajas.
- Finalmente, estudiaremos la fisión binaria como un tipo de reproducción asexual.
Función de la bipartición o fisión binaria
Ya aprendiste cómo se dividen las células eucariotas mediante la mitosis o la meiosis. Pero, la división celular en las células procariotas es diferente: La mayoría de los organismos procariotas, que son las bacterias y arqueas, se dividen y reproducen mediante fisión binaria, o bipartición.
Al igual que en el ciclo celular en eucariotas, la fisión binaria comienza con una célula bacteriana progenitora, que replica su ADN y termina con dos células hijas genéticamente idénticas. Aunque las células hijas son clones, cada una también es un organismo individual, ya que los procariotas son organismos unicelulares. De este modo, la bipartición funciona como un tipo de división celular; pero, también como un proceso de reproducción asexual en estos organismos.
La fisión binaria es un tipo de reproducción asexual en organismos procariotas, en la que la célula duplica su tamaño y se separa en dos organismos individuales.
A continuación, profundizaremos en el proceso de fisión binaria en las bacterias, que está más estudiado que en arqueas.
Comparación de fisión binaria con mitosis
El proceso de fisión binaria en bacterias y otros procariotas es mucho más simple que el ciclo celular en eucariotas, debido a las diferencias en la estructura celular y el material genético.
- Los procariotas tienen un único cromosoma circular.
- Los procariotas no poseen núcleo; el cromosoma individual ocupa una región del citoplasma, denominada nucleoide, y está unido a la membrana celular en un único punto.
Fig. 1: Estructura de una célula procariota.
Así pues, la fisión binaria en bacterias difiere de la mitosis, porque este cromosoma singular y la falta de núcleo hacen que el proceso de fisión binaria sea mucho más sencillo: No hay membrana del núcleo que disolver y la distribución de los cromosomas duplicados no requiere la misma cantidad de estructuras celulares que en la mitosis de los eucariotas (como el huso mitótico).
Otra diferencia es que, como mencionamos previamente, la fisión binaria es un mecanismo de reproducción asexual y produce dos organismos individuales. Por otro lado, la mitosis puede producir nuevas células (para el crecimiento, mantenimiento y reparación) en eucariotas multicelulares; además de nuevos organismos, en el caso de los eucariotas unicelulares.
En los eucariotas protistas, la división celular también equivale a la reproducción del organismo, ya que son organismos unicelulares. Algunos protistas pueden reproducirse asexualmente, proceso llamado comúnmente fisión binaria. Es similar a la fisión binaria bacteriana en el sentido de que una célula/organismo progenitor replica su ADN y se divide en dos células hijas. Sin embargo, los protistas son eucariotas, por lo que esta reproducción asexual es, de hecho, una mitosis (aunque en la mayoría de los protistas es una mitosis cerrada).
Las células animales y vegetales presentan una mitosis abierta. En una mitosis cerrada (al contrario que la mitosis abierta) la envoltura nuclear no se desintegra durante la división celular y, por lo general, no se forma un huso mitótico típico; aunque pueden formarse algunos tipos intermedios, desde haces de microtúbulos hasta distintos tipos de husos según la especie protista.
Etapas de la fisión binaria o bipartición
Podemos dividir el proceso de fisión binaria en cuatro pasos:
- Replicación del ADN: En primer lugar, la bacteria debe replicar su ADN. El cromosoma circular de ADN está unido a la membrana celular en un punto, aquí inicia el proceso de replicación. Desde este punto, el ADN se duplica en ambas direcciones, hasta que las dos hebras nuevas se encuentran y la replicación del ADN se completa.
- Crecimiento celular: Mientras el ADN se replica, la célula bacteriana también crece en tamaño. El cromosoma sigue unido a la membrana plasmática de la célula mientras se replica. Esto significa que, a medida que la célula crece, también la membrana celular crece entre las dos copias del cromosoma y ayuda a separarlas hacia lados opuestos de la célula. Así comienza la segregación del genoma.
- Segregación del genoma: Se produce continuamente, a medida que la célula bacteriana crece y el cromosoma de ADN se replica. Cuando el cromosoma termina de replicarse, una copia se separa y pasa al extremo opuesto de la célula en crecimiento. Comienza la citocinesis.
- Citocinesis (división del citoplasma): La citocinesis en bacterias es casi una mezcla del proceso de citocinesis en células animales y vegetales. La citocinesis bacteriana comienza con la formación de un anillo de proteína que desempeña una función similar al anillo contráctil en las células animales: crea un surco de clivaje. El surco de clivaje (o de segmentación) es una estrangulación que se forma a la mitad de la célula, para dividir el citoplasma en dos.
Hay que recordar que muchas bacterias también tienen pequeños paquetes de ADN flotantes, llamados plásmidos, que adquieren de su entorno. Los plásmidos también se replican, pero no se distribuyen uniformemente entre las células hijas cuando comienza la citocinesis. Esto significa que las dos células hijas pueden tener alguna variación en los plásmidos y la cantidad que de estos poseen, lo que provoca variaciones genéticas en la población.
Otras proteínas comienzan a sintetizar las partes nuevas de la pared celular y de la membrana plasmática. A medida que se acumulan los materiales para la pared celular y la membrana plasmática, se forma una estructura denominada septo. La función de este tabique es similar a la de la placa celular de las células vegetales durante la citocinesis. El tabique forma una nueva pared celular y una membrana plasmática, que separan finalmente las células hijas y completan la división celular bacteriana.
Fig. 2: Principales pasos, o etapas, de la fisión binaria en una bacteria: replicación del ADN (1. célula madre y 2. ADN replicado), crecimiento celular (3), segregación de los cromosomas (4), y citocinesis (5. inicio, 6. citocinesis terminada y 7. separación de las células hija como organismos individuales).
Tipos de fisión binaria
Los procariotas presentan varias formas de la célula u organismo, especialmente las bacterias (esférica, alargada, espiralada, etc.). La división en dos de la célula original puede darse de varias formas, dependiendo del eje o plano en que se da el crecimiento y la división celular.
Los tipos de fisión binaria (o bipartición) más conocidos con base al plano de división, son:
- Transversal: las bacterias alargadas (en forma de rodillo) generalmente crecen aumentando longitud (en su eje más largo), para dividirse por la mitad a lo ancho (en su eje más corto o plano transversal). Este es el tipo de bipartición más común en bacterias; por ejemplo, se observa en Escherichia coli y Bacillus subtilis1.
- Longitudinal: cuando una bacteria en forma de rodillo crece aumentando en grosor (en su eje más corto) y se divide a lo largo (plano longitudinal). Una bacteria que acaba de dividirse se observa como 2 rodillos, lado a lado, de forma paralela. Este tipo de división es muy poco frecuente, se conoce en unas pocas bacterias; por ejemplo, en la bacteria marina Candidatus Thiosymbion oneisti1 , que vive asociada a nemátodos.
En procariotas, existen actualmente muchos organismos que, aunque han sido estudiados, no han podido ser cultivados en laboratorio. En estos casos, como no puede publicarse un nombre taxonómico oficial, se nombran temporalmente con el término Candidatus (de candidato) seguido del nombre científico sugerido2.
- Ortogonal: en algunas bacterias esféricas, como Staphylococcus aureus, el plano de división es ortogonal; es decir, perpendicular (en un ángulo de 90°), con relación al plano de la división previa1. Debido a que tienen esta forma de fisión, S. aureus generalmente forma racimos de bacterias.
Los 3 tipos de fisión binaria mencionados arriba implican la división de la célula justo por la mitad, lo que da lugar a dos células hija del mismo tamaño. Sin embargo, en algunas bacterias se da una fisión asimétrica donde la división del citoplasma empieza más cerca a uno de los polos, como un tipo de gemación (formación de yemas más pequeñas que la célula madre). Antes de que la yema formada se separe, puede que crezca casi al mismo tamaño de la célula madre. La bacteria patógena Chlamydia trachomatis presenta esta forma de fisión, así como algunas formas o variantes de B. subtilis1.
En el caso de eucariotas protistas, muchos textos se refieren a la fisión binaria en el protozoo Paramecium como transversal, en el alga Euglena como longitudinal y en la ameba como irregular.
Fig. 4 : Micrografía electrónica de barrido de la bacteria Staphylococcus aureus resistente a la meticilina (amarillo) y un glóbulo blanco humano muerto (rojo). Se observan algunas bacterias con surco de clivaje donde la citocinesis no ha finalizado.
La fisión binaria como un tipo de reproducción asexual
Existen dos formas en que los seres vivos pueden reproducirse: sexual o asexualmente (que significa no sexual).
La reproducción sexual ocurre mediante la fusión de dos gametos sexuales haploides procedentes de dos progenitores.
La reproducción asexual se da a partir de un solo progenitor y sin la fusión de gametos haploides. El resultado de la reproducción asexual es, técnicamente, un clon del progenitor, ya que no se produce ninguna mezcla o recombinación de material genético con otro individuo.
La reproducción sexual es común entre los eucariotas (plantas, hongos, animales y protistas), aunque algunos pueden reproducirse tanto sexual como asexualmente. Por otro lado, los procariotas (bacterias y arqueas) se reproducen solo asexualmente.
Ventajas y desventajas de la fisión binaria
La fisión binaria, como cualquier tipo de reproducción asexual, tiene algunas ventajas:
- No requiere la inversión de recursos para encontrar una pareja, procrear y alcanzar la fecundación.
- Es más rápida y sencilla que la mitosis.
- Conlleva un aumento rápido del tamaño de la población en un tiempo relativamente corto; ya que cada individuo producirá descendencia, en lugar de una pareja de individuos.
- Los rasgos altamente adaptados a un entorno se transmiten sin modificaciones (excluidas las mutaciones) a los clones.
Por otro lado, la principal desventaja de la reproducción asexual para cualquier organismo es la falta de diversidad genética entre la descendencia. Sin embargo, como las bacterias pueden dividirse tan rápido, en determinadas condiciones, su tasa de mutación es mayor que la de los organismos pluricelulares; las mutaciones son la principal fuente de diversidad genética. Además, las bacterias tienen otras formas de compartir información genética entre ellas.
Las bacterias también presentan la reproducción parasexual, que no implica la reproducción como tal del individuo, sino que se refiere a la transmisión de información genética entre individuos. Esto incluye la conjugación (cuando dos bacterias se unen para transferirse directamente su ADN), la transducción (cuando un virus transfiere segmentos de ADN de una bacteria a otra) y la transformación (cuando una bacteria toma ADN del medioambiente, como cuando se libera de una bacteria muerta).
Fisión binaria - Puntos clave
- Las bacterias y otros procariotas utilizan la división celular por fisión binaria, o bipartición, para reproducirse asexualmente. Así, dan origen a dos células hija idénticas, que son organismos individuales.
- Los procariotas son mucho más simples (un único cromosoma y sin núcleo) que los eucariotas, por lo que la fisión binaria ocurre más rápidamente que la mitosis.
- La fisión binaria o bipartición en bacterias ocurre en cuatro pasos: replicación del ADN, crecimiento celular, segregación del genoma y citocinesis.
- La fisión binaria puede darse de varias formas, dependiendo del eje o plano en que se da el crecimiento y la división celular: transversal, longitudinal, ortogonal y asimétrica.
- Las principales ventajas de la fisión binaria (como un tipo de reproducción asexual) son: no se invierten recursos para encontrar una pareja, es más rápida y simple que la mitosis, presenta alta tasa de reproducción que resulta en aumento rápido del tamaño poblacional y los rasgos beneficiosos se transmiten a todos los clones. La principal desventaja es la falta de diversidad genética entre la descendencia.
References
- P. Eswara and K. Ramamurthi. 2017. Bacterial Cell Division: Non-models Poised to Take the Spotlight. Annual Review of Microbiology. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6291244/
- A. Oren, Nomenclature of prokaryotic “Candidatus” taxa: establishing order in the current caos. New Microbes New Infect, 2021. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8487987/
- Fig. 2: Methicillin-resistant Staph bacteria (https://www.flickr.com/photos/nihgov/49234831117/in/album-72157656657569008/) por NIH Image Gallery, dominio público, Flickr.com.
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