En el año 1884 (hace 140 años) el bacteriólogo danés llamado Hans Christian Gram encontró una técnica basada en la tinción o no tinción de las bacterias, con la cual se clasifico a estos microorganismos en dos grandes grupos: bacterias Gram positivas y bacterias Gram negativas. El siglo pasado, con el desarrollo de poderosas técnicas de microscopía y de análisis bioquímico se logró definir con gran detalle la diferencia estructural entre ambos tipos de bacterias. Las bacterias con atípica tinción de Gram, llevaron a la identificación de arquitecturas alternativas de sus envolturas celulares. Hoy en día, con la ayuda de los “omas” se enfrenta el reto de identificar los genes que modelan y remodelan la composición de la pared, las membranas bacterianas y sus proteínas asociadas incluyendo flagelo, fimbrias, pili, sistemas de transporte y secreción. Adicionalmente, el entendimiento de la síntesis y composición de la envoltura celular es relevante para al diseño de vacunas y antimicrobianos eficaces, así como para mejorar procesos biotecnológicos y de Biología sintética como la expulsión de metabolitos y la construcción de células sintéticas.

El Dr. Alejandro García de los Santos, (CCG-UNAM) impartirá 10 clases.
Tema I. Análisis estructural, taxonómico y evolutivo de la envoltura celular de bacterias.
En cada clase revisaremos uno o varios subtemas. Entre paréntesis está el número de las referencias que deben consultar los alumnos antes de clase. Otros artículos se seleccionarán sobre la marcha dependiendo de los intereses de los alumnos y la publicación de nuevos artículos.
Clase 1 (2025/31/01)
Subtemas:
1. Introducción al tópico: ¿Por qué y para qué estudiar la envoltura celular de las bacterias?
2. La trascendencia de la tinción de Gram. (1)
3. Ubicación taxonómica y filogenética de las bacterias a revisar en clases.

Clase 2 (2025/02/07)
Subtemas:
Phylum Firmicutes (Bacillota) Gram positivas (monodermos) (2–4)

Clase 3 (2025/02/14)
Subtema:
Phylum Firmicutes (Bacillota) Gram negativas (didermos) y evolución
¿Pérdida o ganancia de pared y membrana externa? (5)

Clase 4 (2025/02/ 21)
Subtema:
Phylum Tenericutes/ Clase Mollicutes/Mycoplasma (bacterias sin pared celular) (6, 7)

Clase 5 (2025/02/28)
Subtema:
Variantes fenotípicas de resistencia Gram positivas/Gram negativas sin pared cellular (L-form bacteria)(8, 9)

Clase 6 (2025/03/07)
Subtema:
Phylum Actinobacteria/Orden Corynebacterales/ Familia Mycobacteriaceae
Gram positivos con pared celular atípica y membrana externa (10, 11)

Clase 7 (2025/03/14)
Subtema:
Estructura y ensamblado de las dobles membranas y la pared celular de bacterias Gram negativas (12).

Clase 8 (2025/03/21)
Subtema:
Resistencia a antimicrobianos (13–15)

Clase 9 (2025/03/28)
Subtema:
Polímeros capsulares, biopelículas y resistencia a antibióticos (14)

Clase 10 (2025/04/04)
Subtema:
Vesículas extracelulares: biogénesis, estructura y función (15)

El Dr. José Eduardo Soto Guzmán, CCG-UNAM, impartirá el tema II en tres clases:
Tema II. Transporte de proteínas a través de la envoltura celular bacteriana.

Clase 11 (2025/04/11)
Subtema:
Vía general de secreción Sec y Tat a través de la membrana interna(16–18)

Clase 12 (2025/04/25)
Subtema:
Nano-maquinarias bacterianas de secreción (19–21)

Clase 13 (2025/05/02)
Subtema:
Nano-maquinarias bacterianas de adherencia y locomoción: fimbria, pili y flagelo.
(22, 23)


La Dra. Isabel María López Lara (CCG-UNAM) impartirá 2 clases y el Dr. Otto Geiger (CCG-UNAM) impartirá 1 clase del tema III.

Tema III. Lípidos de las membranas celulares y su papel en señalización y adaptación bacteriana.

Clase 14 (2025/05/09)
Subtema impartido por la Dra. Isabel María López Lara:
Biosíntesis y función de lípidos de membrana en bacterias (IMLL) (24)

Clase 15 (2025/05/16)
Subtema impartido por el Dr. Otto Geiger
Esfingolípidos bacterianos y su papel en señalización (25)

Clase 16 (2025/05/23)
Subtema impartido por la Dra. Isabel María López Lara.
Remodelación y reciclado de lípidos de membrana en bacterias (IMLL) (26)

1. Cantey JB, Doern CD. 2015. “A defective and imperfect” Method: H. Christian Gram and the history of the gram stain. Pediatric Infectious Disease Journal. Lippincott Williams and Wilkins https://doi.org/10.1097/INF.0000000000000749.

2. Antunes LC, Poppleton D, Klingl A, Criscuolo A, Dupuy B, line Brochier-Armanet C, Beloin C, Gribaldo S. 2016. Phylogenomic analysis supports the ancestral presence of LPS-outer membranes in the Firmicutes https://doi.org/10.7554/eLife.14589.001.

3. Rajagopal M, Walker S. 2017. Envelope structures of gram-positive bacteria Current Topics in Microbiology and Immunology. Springer Verlag.

4. Choi JK, Poudel S, Yee N, Goff JL. 2024. Deeply branching Bacillota species exhibit atypical Gram-negative staining. Microbiol Spectr https://doi.org/10.1128/spectrum.00732-24.

5. Lithgow T, Stubenrauch CJ, Stumpf MPH. 2023. Surveying membrane landscapes: a new look at the bacterial cell surface. Nat Rev Microbiol 21:502–518.

6. May M. 2019. MollicutesReference Module in Life Sciences. Elsevier.

7. Field CJ, Bowerman KL, Hugenholtz P. 2024. Multiple independent losses of sporulation and peptidoglycan in the Mycoplasmatales and related orders of the class Bacilli. Microb Genom 10.

8. Roberts DM, Errington J, Kawai Y. 2021. Characterization of the L-form switch in the Gram-negative pathogen Streptobacillus moniliformis. FEMS Microbiol Lett https://doi.org/10.1093/femsle/fnab156.

9. Wohlfarth JC, Feldmüller M, Schneller A, Kilcher S, Burkolter M, Meile S, Pilhofer M, Schuppler M, Loessner MJ. 2023. L-form conversion in Gram-positive bacteria enables escape from phage infection. Nat Microbiol https://doi.org/10.1038/s41564-022-01317-3.

10. Abrahams KA, Besra GS. 2021. Synthesis and recycling of the mycobacterial cell envelope. Curr Opin Microbiol. Elsevier Ltd https://doi.org/10.1016/j.mib.2021.01.012.

11. Orgeur M, Sous C, Madacki J, Brosch R. 2024. Evolution and emergence of Mycobacterium tuberculosis. FEMS Microbiol Rev 48.

12. Fivenson EM, Dubois L, Bernhardt TG. 2024. Co-ordinated assembly of the multilayered cell envelope of Gram-negative bacteria. Curr Opin Microbiol 79:102479.

13. Saxena D, Maitra R, Bormon R, Czekanska M, Meiers J, Titz A, Verma S, Chopra S. 2023. Tackling the outer membrane: facilitating compound entry into Gram-negative bacterial pathogens. npj Antimicrobials and Resistance 1:17.

14. Gao S, Jin W, Quan Y, Li Y, Shen Y, Yuan S, Yi L, Wang Y, Wang Y. 2024. Bacterial capsules: Occurrence, mechanism, and function. NPJ Biofilms Microbiomes 10:21.

15. Margutti P, D’Ambrosio A, Zamboni S. 2024. Microbiota-Derived Extracellular Vesicle as Emerging Actors in Host Interactions. Int J Mol Sci 25:8722.

16. Natale P, Brüser T, Driessen AJM. 2008. Sec- and Tat-mediated protein secretion across the bacterial cytoplasmic membrane—Distinct translocases and mechanisms. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 1778:1735–1756.

17. Knyazev DG, Kuttner R, Zimmermann M, Sobakinskaya E, Pohl P. 2018. Driving Forces of Translocation Through Bacterial Translocon SecYEG. J Membr Biol 251:329–343.

18. Palmer T, Stansfeld PJ. 2020. Targeting of proteins to the twin‐arginine translocation pathway. Mol Microbiol 113:861–871.

19. Green ER, Mecsas J. 2016. Bacterial Secretion Systems: An Overview, p. 213–239. In Virulence Mechanisms of Bacterial Pathogens. ASM Press, Washington, DC, USA.

20. Filloux A. 2022. Bacterial protein secretion systems: Game of types. Microbiology (N Y) 168.

21. Costa TRD, Felisberto-Rodrigues C, Meir A, Prevost MS, Redzej A, Trokter M, Waksman G. 2015. Secretion systems in Gram-negative bacteria: structural and mechanistic insights. Nat Rev Microbiol 13:343–359.

22. Nakamura S, Minamino T. 2019. Flagella-Driven Motility of Bacteria. Biomolecules 9:279.

23. Ramirez NA, Ton‐That H. 2020. Bacterial Pili and Fimbriae, p. 1–13. In Encyclopedia of Life Sciences. Wiley.

24. Gullett JM, Rock CO. 2021. Fatty acid and phospholipid biosynthesis in prokaryotes, p. 85–120. In Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and Membranes. Elsevier.

25. Olea-Ozuna RJ, Poggio S, Bergström E, Osorio A, Elufisan TO, Padilla-Gómez J, Martínez-Aguilar L, López-Lara IM, Thomas-Oates J, Geiger O. 2024. Genes required for phosphosphingolipid formation in Caulobacter crescentus contribute to bacterial virulence. PLoS Pathog 20:e1012401.

26. Zavaleta-Pastor M, Sohlenkamp C, Gao J-L, Guan Z, Zaheer R, Finan TM, Raetz CRH, López-Lara IM, Geiger O. 2010. Sinorhizobium meliloti phospholipase C required for lipid remodeling during phosphorus limitation. Proceedings of the National Academy of Sciences 107:302–307.

Proceso de evaluación:

Para obtener el 60% de la calificación se evaluarán la discusión crítica de los artículos revisados en clase y la presentación clara y detallada de temas frente a grupo.

Para obtener el restante 40% de la calificación, los alumnos escribirán a lo largo del semestre un artículo de divulgación relacionado con alguno de los temas del tópico. Este ejercicio pretende reafirmar los conocimientos obtenidos en clase y fomentar la habilidad de los estudiantes para poder transmitir de manera clara y detallada conceptos biológicos complejos. El artículo es un ensayo corto (700 a máximo 1,300 palabras) sin tecnicismos, dirigido a los estudiantes y profesores de bachillerato y licenciatura. Revisaremos la pertinencia de los temas propuestos y sus avances en horario de clase en fechas por definir. Todos los alumnos deben enviar su propuesta (descripción en 150 palabras) a Ciencia UNAM de acuerdo al formato establecido en https://ciencia.unam.mx/contenido/colabora a más tardar el último día de abril de 2025.
Todos los artículos de la bibliografía serán revisados en clase y seleccionaremos otros más conforme se vayan publicando a partir de septiembre 2024 a mayo 2025.

El curso será presencial y acepto alumnos que se integren por Zoom.