Exercicis de microbiologia — Biologia 2n Batxillerat

Quins grans grups de microorganismes hi ha?

De quin color es veuen els bacteris grampositius i els gramnegatius després de la tinció de Gram?

Per què es diu que els microorganismes són més aliats que enemics dels humans?

Al microscopi s'observen cinc mostres de bacteris: (1) cèl·lules esfèriques unides en cadenes llargues; (2) cèl·lules esfèriques agrupades en raïms irregulars; (3) cèl·lules allargades en forma de bastó, aïllades; (4) cèl·lules en forma de coma, aïllades; (5) cèl·lules esfèriques agrupades de dues en dues. Anomena cada forma o agrupació amb el terme adequat (coc, bacil, vibrió, espiril, estreptococ, estafilococ, diplococ) i explica de què depèn que els cocs formin cadenes o raïms.

Relaciona cada estructura d'una cèl·lula bacteriana amb la seva funció: càpsula, flagel, fímbries (pili), plasmidi, endòspora, nucleoide i ribosomes 70S. Funcions: (1) adherir-se a superfícies i a altres cèl·lules; (2) regió on es troba el cromosoma circular, sense membrana que l'envolti; (3) resistir condicions adverses (calor, dessecació) en estat de latència; (4) desplaçar-se; (5) protegir-se de la fagocitosi i de la dessecació; (6) sintetitzar proteïnes; (7) molècula petita de DNA circular, independent del cromosoma, que sovint porta gens de resistència a antibiòtics.

Raona si cada afirmació sobre els virus és certa o falsa: a) Tots els virus tenen DNA com a material genètic. b) Els virus no tenen ribosomes i per això necessiten la maquinària d'una cèl·lula per fabricar les seves proteïnes. c) Un bacteriòfag és un virus que infecta bacteris. d) Els antibiòtics són útils per tractar una infecció vírica.

L'amoxicil·lina és un antibiòtic de la família de la penicil·lina que impedeix la formació dels enllaços entre les cadenes de peptidoglicà. Explica per què aquest antibiòtic mata els bacteris que estan creixent, per què no fa mal a les cèl·lules humanes i per què no serveix per curar un refredat.

Tres bacteris se sembren en tubs de medi semisòlid en què només la part superior està en contacte amb l'aire. Al cap de dos dies: el bacteri A creix només a la part superior del tub; el bacteri B creix només al fons; el bacteri C creix per tot el tub, però amb més densitat a la part superior. Classifica cada bacteri segons la seva relació amb l'oxigen i justifica-ho.

El cos humà conté desenes de bilions de microorganismes (la microbiota), sobretot a l'intestí. Explica dues funcions beneficioses de la microbiota intestinal i raona per què un tractament amb un antibiòtic d'ampli espectre pot provocar diarrea o una infecció per fongs (candidiasi).

Ordena i explica breument els quatre postulats de Koch que permeten demostrar que un microorganisme concret és la causa d'una malaltia: (a) inocular el microorganisme en cultiu pur a un hoste sa i comprovar que desenvolupa la mateixa malaltia; (b) tornar a aïllar el mateix microorganisme de l'hoste infectat experimentalment; (c) trobar el microorganisme en tots els individus malalts i no en els sans; (d) aïllar-lo i obtenir-ne un cultiu pur.

Un company diu que els virus són éssers vius perquè tenen material genètic i evolucionen. Un altre diu que no ho són perquè fora d'una cèl·lula no fan res. (a) Dona la raó a cadascun amb un argument més. (b) Com es classifiquen, doncs, els virus?

Classifica en autòtrof o heteròtrof: una microalga fotosintètica, un bacteri que descompon restes orgàniques, un bacteri quimiosintètic.

Digues una aplicació dels microorganismes en medicina i una en el medi ambient.

Classifica cada situació segons el mecanisme de transferència genètica horitzontal i justifica-ho: (a) un cultiu de bacteris no patògens es torna patogen després d'afegir-hi extracte de bacteris patògens morts i trencats; (b) un bacteriòfag infecta un bacteri i, en sortir-ne, n'emporta un fragment de DNA que injecta al bacteri següent; (c) dos bacteris s'uneixen per un pèl sexual i un transfereix una còpia d'un plasmidi a l'altre.

Un cultiu bacterià en fase exponencial passa de 2·$10^{4}$ a 1,28·$10^{6}$ cèl·lules per mL en 3 hores. a) Calcula quantes generacions (duplicacions) hi ha hagut i quin és el temps de generació. b) Quantes cèl·lules per mL hi hauria al cap de 5 hores des de l'inici si el creixement continués al mateix ritme?

S'inocula un bacteri en un matràs tancat amb medi fresc i es compta la població (cèl·lules/mL) al llarg del temps: 0 h: 1·$10^{5}$; 1 h: 1·$10^{5}$; 2 h: 4·$10^{5}$; 3 h: 1,6·$10^{6}$; 4 h: 6,4·$10^{6}$; 5 h: 2,6·$10^{7}$; 6 h: 2,6·$10^{7}$; 8 h: 2,6·$10^{7}$; 12 h: 8·$10^{6}$. a) Identifica les fases de la corba de creixement i justifica què hi passa. b) Calcula el temps de generació en la fase exponencial. c) Raona en quina fase seria més eficaç un antibiòtic que impedeix la síntesi de la paret.

Per comptar els bacteris d'una mostra d'aigua d'un riu es fan tres dilucions seriades $\tfrac{1}{10}$ consecutives (1 mL de mostra en 9 mL d'aigua estèril, i així successivament). De l'última dilució se sembren 0,1 mL en una placa de Petri amb medi nutritiu i, després de 24 h a 37 °C, s'hi compten 45 colònies. a) Calcula la concentració de bacteris viables de l'aigua original, en unitats formadores de colònies per mL (UFC/mL). b) Explica per què el resultat s'expressa en UFC i no en «bacteris», i per què cal diluir la mostra.

Al sòl d'un camp d'Osona hi viuen aquests microorganismes: (1) bacteris del gènere Rhizobium, als nòduls de les arrels de les lleguminoses, que converteixen el $\mathrm{N}_{2}$ de l'aire en amoníac; (2) Nitrosomonas i Nitrobacter, que oxiden l'amoni a nitrit i després a nitrat; (3) bacteris que, en condicions anaeròbiques (sòl entollat), converteixen el nitrat en $\mathrm{N}_{2}$ gasós; (4) fongs i bacteris descomponedors que alliberen amoni a partir de les proteïnes de les restes orgàniques. Anomena cada procés del cicle del nitrogen, indica quin tipus de nutrició tenen els bacteris del grup (2) i raona quin dels processos fa perdre nitrogen útil al camp i com ho pot evitar el pagès.

Un cultiu d'Escherichia coli s'infecta amb un bacteriòfag. Al cap de 40 minuts, una part de les cèl·lules ha esclatat i ha alliberat centenars de virus nous; una altra part continua dividint-se amb normalitat durant moltes generacions, però quan aquest segon grup s'exposa a radiació ultraviolada, les cèl·lules també acaben esclatant i alliberant fags. a) Identifica quin cicle víric ha seguit cada grup de cèl·lules i descriu-ne les etapes. b) Què és un profag i per què les cèl·lules filles del segon grup també porten el virus? c) Raona per què la radiació UV provoca el canvi de cicle.

Es descriuen tres virus: el virus de la grip, amb genoma de RNA en vuit fragments, càpsida helicoïdal i un embolcall lipídic amb glicoproteïnes (hemaglutinina i neuraminidasa); el bacteriòfag T4, amb DNA bicatenari, cap icosaèdric i cua contràctil amb fibres, sense embolcall; i el virus del mosaic del tabac, amb RNA monocatenari i càpsida helicoïdal rígida en forma de bastó, sense embolcall. a) Classifica'ls segons el tipus de material genètic, la presència d'embolcall i el tipus d'hoste. b) Explica d'on prové l'embolcall del virus de la grip i quin paper hi tenen les glicoproteïnes. c) Per què el bacteriòfag necessita la cua i el virus de la grip no?

Per fer iogurt s'afegeixen a la llet bacteris dels gèneres Lactobacillus i Streptococcus i es manté a uns 42 °C durant unes hores; per fer pa s'afegeix a la massa el llevat Saccharomyces cerevisiae i es deixa reposar. a) Escriu el nom de la fermentació que fa cada microorganisme, el substrat i els productes. b) Explica per què la llet es torna espessa i àcida, i per què la massa del pa puja. c) Raona si aquests processos necessiten oxigen i per què els microorganismes hi obtenen menys energia que si respiressin.

Els éssers vius es reparteixen en tres dominis: bacteris, arqueus (arqueobacteris) i eucariotes. (a) Els arqueus són procariotes: què comparteixen, doncs, amb els bacteris? (b) Digues dos trets que els diferencien dels bacteris. (c) Sorprenentment, en alguns aspectes els arqueus s'assemblen més als eucariotes que als bacteris: posa'n un exemple i digues què implica sobre la seva posició filogenètica. (d) Distingeix els conceptes d'espècie i de soca.

Explica els quatre passos de la tinció de Gram (cristall violeta, lugol, alcohol i safranina) i què passa a cada pas amb un bacteri grampositiu i amb un de gramnegatiu.

Un bacteri es divideix per bipartició cada 20 minuts. Quants bacteris hi haurà al cap d'una hora si en partim d'un de sol?

Es cultiva una soca de bacteris sensibles a l'estreptomicina en una placa sense antibiòtic fins que hi creixen centenars de colònies. Amb un vellut estèril es transfereix una «còpia» exacta de la placa (cada colònia a la mateixa posició) a diverses plaques amb estreptomicina. En totes les còpies només creixen unes poques colònies resistents, i sempre a les mateixes posicions. Després, les colònies originals d'aquelles posicions es recuperen de la placa sense antibiòtic i resulten ser resistents.
a) Raona què demostra aquest experiment sobre l'origen de la resistència: l'antibiòtic la provoca o la selecciona?
b) Explica dos mecanismes pels quals un gen de resistència es pot estendre a bacteris d'altres espècies.
c) Un pacient deixa de prendre l'antibiòtic al tercer dia perquè ja es troba bé. Raona quin risc comporta per a ell i per a la comunitat.

El VIH és un retrovirus amb embolcall, dues còpies de RNA monocatenari i els enzims transcriptasa inversa, integrasa i proteasa. Infecta sobretot els limfòcits T CD4.
a) Descriu què fa cadascun dels tres enzims durant el cicle del virus i explica per què es diu que el VIH «va contra el dogma central».
b) La transcriptasa inversa comet molts errors i no els corregeix. Raona quines conseqüències té per al tractament i per al disseny d'una vacuna.
c) Els fàrmacs antiretrovirals inhibeixen aquests enzims. Explica per què afecten poc les cèl·lules humanes i per què, tot i el tractament, el virus no s'elimina del tot de l'organisme.

Els bacteris grampositius tenen una paret amb una capa gruixuda de peptidoglicà; els gramnegatius tenen una capa prima de peptidoglicà i, per fora, una membrana externa amb lipopolisacàrid (LPS), que actua com a endotoxina.
a) Explica per què la penicil·lina és, en general, més eficaç contra els grampositius que contra els gramnegatius.
b) La lisozima de les llàgrimes i de la saliva trenca els enllaços del peptidoglicà. Raona sobre quin dels dos grups actua millor i què li passa a un bacteri sensible si és en un medi hipotònic.
c) En una infecció greu per un gramnegatiu, els símptomes (febre, caiguda de la pressió arterial) poden empitjorar durant les primeres hores després de començar l'antibiòtic. Dona'n una explicació.

En una estació depuradora d'aigües residuals, l'aigua passa per un tractament primari (decantació de sòlids) i després per un tractament secundari en un reactor biològic, on s'injecta aire contínuament i hi viuen flòculs de microorganismes (fangs actius). Els fangs sobrants es porten a un digestor tancat, sense oxigen, on es produeix biogàs ric en metà.
a) Explica quin paper tenen els microorganismes del reactor biològic i per què cal airejar-lo.
b) Un dia falla el sistema d'aireació durant hores. Raona quines conseqüències tindrà sobre la qualitat de l'aigua de sortida.
c) Quin grup de microorganismes produeix el metà del digestor i a quin domini pertany? Per què és un avantatge que aquest pas es faci sense oxigen?
d) Per què una aigua rica en matèria orgànica abocada directament al riu provoca la mort dels peixos?

A 63 °C, cada minut mor aproximadament el 90 % de les cèl·lules vegetatives d'un bacteri present a la llet, de manera que la població es divideix per 10 cada minut. Una llet crua conté $10^{6}$ bacteris/mL.
a) Calcula quants bacteris/mL queden després de 4 minuts i quants minuts calen, en teoria, per arribar a 1 bacteri/mL.
b) La pasteurització lenta escalfa la llet a 63 °C durant 30 minuts, i la llet resultant s'ha de guardar a la nevera i caduca en pocs dies; la llet UHT s'escalfa a uns 140 °C durant 2–4 segons i es conserva mesos a temperatura ambient. Raona la diferència tenint en compte les endòspores.
c) Raona per què al laboratori el material es tracta a l'autoclau a 121 °C durant 15–20 minuts, i no bullint-lo a 100 °C, i classifica aquests tres tractaments (pasteurització, UHT, autoclau) com a esterilització o no.

Per analitzar l'aigua d'una font es fa servir un medi de cultiu que conté sals biliars i cristall violeta (que inhibeixen els bacteris grampositius), lactosa i un indicador de pH que fa que les colònies es tornin vermelles quan el medi s'acidifica. Se sembra 1 mL d'aigua i, després de 24 h a 37 °C, apareixen 30 colònies vermelles i 12 colònies incolores. Les colònies vermelles corresponen a coliforms (com Escherichia coli), bacteris propis de l'intestí dels animals de sang calenta.
a) Raona si el medi és selectiu, diferencial o totes dues coses, i per què.
b) Explica per què les colònies de coliforms són vermelles i les altres no, i quin tipus de bacteris poden ser les colònies incolores.
c) La normativa exigeix 0 coliforms en 100 mL per considerar potable una aigua. Raona si l'aigua de la font es pot beure i per què es fa servir E. coli com a indicador en lloc de buscar directament els patògens.
d) Per què s'incuba a 37 °C i no a 20 °C?

Es cultiva un bacteri anaerobi facultatiu en dos matrassos amb el mateix medi mínim, que té 2 g/L de glucosa com a única font de carboni i d'energia, a 37 °C. El matràs A s'agita contínuament amb aire; el matràs B es manté sense oxigen. Es compten les cèl·lules en fase exponencial i quan el creixement s'atura:
Matràs A (amb $\mathrm{O}_{2}$): 5,0·$10^{4}$ cèl·lules/mL a les 2 h i 3,2·$10^{6}$ cèl·lules/mL a les 4 h; densitat màxima final, 2,4·$10^{9}$ cèl·lules/mL.
Matràs B (sense $\mathrm{O}_{2}$): 5,0·$10^{4}$ cèl·lules/mL a les 2 h i 4,0·$10^{5}$ cèl·lules/mL a les 4 h; densitat màxima final, 3,0·$10^{8}$ cèl·lules/mL; al final, el pH del medi ha baixat de 7,0 a 4,8.
a) Calcula el nombre de generacions i el temps de generació en cada matràs entre les 2 h i les 4 h.
b) Explica, a partir del metabolisme de la glucosa, per què el bacteri creix més de pressa i arriba a una densitat més alta amb oxigen.
c) Amb la mateixa glucosa, la densitat final és 8 vegades més alta amb oxigen, però el rendiment en ATP per glucosa de la respiració és unes 15 vegades el de la fermentació. Raona dues causes que poden explicar aquesta diferència.
d) Proposa un experiment per esbrinar si el creixement del matràs B s'atura perquè s'ha acabat la glucosa o per l'acidificació del medi.

Per tractar una infecció urinària es determina la concentració mínima inhibitòria (CMI) d'un antibiòtic. Es preparen tubs amb medi de cultiu i concentracions d'antibiòtic de 64, 32, 16, 8, 4, 2, 1 i 0,5 µg/mL; s'hi inocula el mateix nombre de bacteris i s'incuben 24 h a 37 °C. També es preparen un tub amb bacteris i sense antibiòtic i un tub amb antibiòtic i sense bacteris. Es considera que la soca és sensible si la CMI ≤ 8 µg/mL i resistent si la CMI > 16 µg/mL.
Soca A (aïllada abans del tractament): tèrbol a 0,5, 1 i 2 µg/mL; transparent de 4 a 64 µg/mL.
Soca B (aïllada del mateix pacient després d'un tractament incomplet): tèrbol fins a 32 µg/mL; transparent a 64 µg/mL.
a) Indica la CMI de cada soca, classifica-les i calcula quantes vegades ha augmentat la CMI.
b) Explica per a què serveix cadascun dels dos tubs addicionals.
c) De cada tub transparent de la soca A se sembren 0,1 mL en plaques sense antibiòtic: hi creixen colònies a partir dels tubs de 4 i 8 µg/mL, però no dels de 16, 32 i 64 µg/mL. Interpreta-ho i raona si l'antibiòtic és bacteriostàtic o bactericida per a aquesta soca (considera bactericida si la concentració mínima bactericida és com a molt 4 vegades la CMI).
d) Explica dues maneres per les quals pot haver aparegut la soca B i proposa un experiment per distingir-les.

Es fan servir dues soques auxòtrofes d'Escherichia coli, que necessiten diferents nutrients per créixer: la soca 1 és met⁻ bio⁻ thr⁺ leu⁺ (necessita metionina i biotina) i la soca 2 és met⁺ bio⁺ thr⁻ leu⁻ (necessita treonina i leucina). Se sembren en un medi mínim sense cap d'aquests quatre nutrients:
(1) 2·$10^{8}$ cèl·lules de la soca 1 soles: 0 colònies. (2) 2·$10^{8}$ cèl·lules de la soca 2 soles: 0 colònies. (3) Barreja de 2·$10^{8}$ cèl·lules de cada soca: unes 20 colònies. (4) La mateixa barreja amb l'enzim DNasa al medi: unes 20 colònies. (5) Les dues soques en els dos braços d'un tub en forma d'U, separades per un filtre que deixa passar el medi, l'ADN i els virus, però no les cèl·lules, i després sembrades per separat: 0 colònies.
a) Per què es fan servir soques amb dues mutacions cadascuna i no amb una sola? Si la freqüència de reversió de cada mutació és de l'ordre de 10⁻⁷, quina seria la freqüència de revertir-ne dues alhora?
b) Calcula la freqüència de recombinants respecte de les cèl·lules de la soca receptora, suposant que la receptora és la soca 2.
c) Raona quin mecanisme de transferència genètica horitzontal explica els resultats i per què se'n descarten els altres dos.
d) Quins resultats hauries esperat en els experiments 4 i 5 si el mecanisme hagués estat la transformació? I si hagués estat la transducció?

Per estudiar el cicle d'un bacteriòfag lític, s'infecta un cultiu d'E. coli amb pocs virus per bacteri, de manera que cada bacteri infectat rep com a molt un virus. Després es dilueix el cultiu perquè els virus nous no puguin infectar altres bacteris, i a diferents temps es compten les unitats formadores de plaques (UFP) en una gespa de bacteris. A cada temps es fan dos recomptes: un directament de la mostra (cada bacteri infectat i cada virus lliure fan una placa) i un altre després de tractar la mostra amb cloroform, que trenca els bacteris i allibera els virus ja acabats que hi ha a dins.
Sense cloroform: de 0 a 20 min, 1,0·$10^{5}$ UFP/mL; a 30 min, 6,0·$10^{6}$; de 40 min endavant, 1,5·$10^{7}$ UFP/mL.
Amb cloroform: de 0 a 10 min, menys de $10^{2}$ UFP/mL; a 15 min, 1,0·$10^{6}$; a 20 min, 8,0·$10^{6}$; de 30 min endavant, 1,5·$10^{7}$ UFP/mL.
a) Explica per què, en els primers 10 minuts, el recompte amb cloroform és gairebé zero, si el cultiu està infectat. Com s'anomena aquest període i què passa dins la cèl·lula?
b) Calcula el nombre mitjà de virus alliberats per cada bacteri infectat (mida de l'esclat).
c) El recompte inicial es va obtenir sembrant 0,1 mL de la dilució 10⁻² del cultiu a temps 0, que va fer 100 plaques. Comprova que és coherent amb 1,0·$10^{5}$ UFP/mL i raona per què no s'hauria sembrat directament el cultiu sense diluir.
d) Prediu i justifica com canviarien el període de latència i la mida de l'esclat si els bacteris fossin en fase estacionària en lloc de fase exponencial.

Tres pacients tenen infeccions víriques diferents: herpes labial (virus d'ADN bicatenari amb embolcall), grip (virus d'ARN de cadena negativa, segmentat, amb embolcall que porta neuraminidasa) i infecció pel VIH (retrovirus). Hi ha aquests fàrmacs: (A) un anàleg de nucleòsid que només s'activa quan el fosforila la timidina-cinasa del virus i que bloqueja l'ADN polimerasa vírica; (B) un inhibidor de la neuraminidasa, que impedeix que els virus nous es desenganxin de la cèl·lula; (C) un inhibidor de la transcriptasa inversa; (D) amoxicil·lina.
a) Assigna a cada pacient el fàrmac o fàrmacs útils i justifica en quina etapa del cicle víric actuen. Explica per què el fàrmac D no serveix en cap cas.
b) Raona per què el fàrmac A té pocs efectes secundaris, tot i que actua sobre la síntesi d'ADN.
c) En el VIH, la probabilitat que en una replicació aparegui una mutació que doni resistència a un fàrmac concret és d'uns 10⁻⁵, i en un pacient sense tractar es produeixen uns $10^{10}$ virions al dia. Calcula quants virions resistents a un sol fàrmac poden aparèixer cada dia, i quants resistents alhora a dos i a tres fàrmacs (suposa mutacions independents i la mateixa probabilitat per a cada fàrmac).
d) Fes servir el resultat de c per justificar per què el VIH es tracta amb una combinació de tres antivirals i per què és tan important no interrompre el tractament.

Després d'un casament amb 120 convidats, molts tenen vòmits intensos i rampes abdominals que comencen entre 2 i 6 hores després del sopar i desapareixen en menys de 24 hores, sense febre. Una enquesta sobre dos plats dona aquests resultats:
Amanida de pollastre: la van menjar 80 persones, de les quals 52 van emmalaltir; no la van menjar 40 persones, de les quals 4 van emmalaltir.
Arròs: el van menjar 90 persones, de les quals 42 van emmalaltir; no el van menjar 30 persones, de les quals 14 van emmalaltir.
L'amanida es va preparar al matí, a mà, per una cuinera amb una ferida infectada al dit, i es va deixar unes hores a temperatura ambient.
a) Calcula la taxa d'atac (persones malaltes / persones que van menjar o no el plat) per a cada grup i el risc relatiu (taxa d'atac dels que el van menjar / taxa dels que no) de cada plat. Quin és el plat sospitós?
b) El període d'incubació tan curt i l'absència de febre suggereixen una intoxicació per una toxina preformada als aliments, i no una infecció. Raona per què.
c) El laboratori observa al microscopi cocs grampositius agrupats en raïm a les restes de l'amanida. Proposa quin microorganisme pot ser i explica per què escalfar l'amanida abans de servir-la no hauria evitat el brot si la toxina és termoestable.
d) Explica per què els postulats de Koch no es poden aplicar directament en aquest cas i proposa com es podria confirmar l'origen del brot.

Per identificar l'agent d'una malaltia neurodegenerativa de les ovelles, es prepara un homogeneïtzat de cervell d'un animal malalt, es divideix en porcions, cadascuna rep un tractament diferent i s'injecta al cervell de grups de 10 ratolins. Es registra quants ratolins desenvolupen la malaltia al cap d'uns 150 dies:
(1) Sense tractament: 10 de 10. (2) Amb DNasa i RNasa: 10 de 10. (3) Radiació ultraviolada a dosis que inactiven els virus: 10 de 10. (4) Amb proteinasa K (enzim que digereix proteïnes): 0 de 10. (5) Amb urea concentrada, un agent desnaturalitzant: 0 de 10. (6) Homogeneïtzat sense tractar injectat a ratolins sense el gen Prnp, que codifica la proteïna PrP normal del cervell: 0 de 10.
a) Quina conclusió treus dels tractaments 2 a 5 sobre la naturalesa química de l'agent infecciós? Justifica-ho a partir de quines molècules afecta cada tractament.
b) Explica el resultat 6 a partir del mecanisme de propagació dels prions.
c) Si els prions no tenen àcid nucleic, com es pot explicar que hi hagi «soques» diferents d'una mateixa malaltia priònica, totes amb la mateixa seqüència d'aminoàcids? Relaciona-ho amb l'estructura de les proteïnes.
d) Raona per què aquestes malalties no provoquen una resposta immunitària eficaç i per què el material quirúrgic contaminat no s'esterilitza amb els mètodes habituals per a bacteris i virus.

Es cultiven plantes de soja en sorra esterilitzada i se'n mesura la massa seca i el nombre de nòduls de les arrels al cap de 6 setmanes. Hi ha quatre tractaments, amb 10 plantes cadascun:
A: sense nitrogen al reg i sense Rhizobium → 1,2 g de massa seca; 0 nòduls.
B: sense nitrogen i amb Rhizobium → 4,8 g; 35 nòduls.
C: amb nitrat al reg i sense Rhizobium → 5,0 g; 0 nòduls.
D: amb nitrat i amb Rhizobium → 5,1 g; 4 nòduls.
a) Per què es fa servir sorra esterilitzada i quin paper fan els tractaments A i C en el disseny?
b) Interpreta la diferència entre A i B i explica quina relació estableixen la soja i Rhizobium.
c) La reacció de fixació és: N₂ + 8 $\mathrm{H}^{+}$ + 8 e⁻ + 16 ATP → 2 NH₃ + H₂ + 16 ADP + 16 P_i. Si una planta del tractament B fixa 0,14 g de nitrogen, calcula els mols d'ATP necessaris i la massa de glucosa que la planta ha de cedir al bacteri només per obtenir aquest ATP (considera 30 ATP per glucosa; M(N) = 14 g/mol; M(glucosa) = 180 g/mol).
d) Fes servir el resultat de c per proposar una explicació de per què en el tractament D gairebé no es formen nòduls.

D'una dona amb infecció urinària s'aïlla un bacteri amb aquestes característiques: es tenyeix de color rosa amb la tinció de Gram i té forma de bacil; creix tant en presència com en absència d'oxigen; fermenta la lactosa. L'antibiograma dona: resistent a la vancomicina (un antibiòtic de molècula molt gran que impedeix la síntesi de peptidoglicà), resistent a la penicil·lina G, sensible a la ciprofloxacina (que inhibeix l'ADN girasa, un enzim que deshelicoïda l'ADN durant la replicació) i sensible a la gentamicina (que s'uneix a la subunitat petita del ribosoma 70S).
a) Què indiquen sobre l'estructura de la paret el color de la tinció de Gram i la resistència a la vancomicina, si la diana d'aquest antibiòtic també existeix en el bacteri?
b) Classifica el bacteri segons la relació amb l'oxigen i explica com obté l'energia en cada condició.
c) Raona per què la ciprofloxacina i la gentamicina són tòxiques per al bacteri però poc tòxiques per a les cèl·lules humanes.
d) Quan comença un tractament amb un antibiòtic que lisa ràpidament un gran nombre d'aquests bacteris, la pacient té durant unes hores més febre i la pressió arterial li baixa. Explica la causa d'aquest empitjorament temporal.

La diftèria la causa el bacteri Corynebacterium diphtheriae, però no totes les soques en són capaces: només les que fabriquen la toxina diftèrica, una proteïna que inactiva un factor de la traducció de les cèl·lules humanes. En un experiment, es cultiva una soca no toxigènica (soca N) amb un filtrat lliure de bacteris obtingut d'un cultiu d'una soca toxigènica (soca T). Algunes cèl·lules de la soca N passen a fabricar toxina, i aquesta capacitat la transmeten a la descendència. Si el filtrat es tracta amb DNasa, el resultat no canvia; si es tracta amb anticossos contra les proteïnes de la càpsida d'un bacteriòfag present a la soca T, la soca N ja no esdevé toxigènica. Quan s'exposen els bacteris N convertits a la llum ultraviolada, alguns es lisen i alliberen virus.
a) Quin mecanisme de transferència genètica horitzontal explica la conversió? Justifica-ho amb cadascun dels resultats.
b) Per què els bacteris convertits es comporten de manera estable durant generacions, però alguns es lisen quan reben radiació ultraviolada? Descriu el cicle víric implicat.
c) La toxina inhibeix la síntesi de proteïnes de les cèl·lules humanes, però no la del propi bacteri. Proposa una explicació a partir de les diferències entre la traducció procariota i l'eucariota.
d) La vacuna contra la diftèria conté toxoide (toxina tractada perquè perdi la toxicitat, però que conserva l'estructura antigènica). Explica per què protegeix encara que no contingui el bacteri i què passaria si una persona vacunada s'infectés amb una soca no toxigènica.