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IMPORTANCIA DE
LA MICROBIOLOGÍA:
MICROBIOLOGÍA
APLICADA
martes 29 de mayo de 2012
PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LA
NATURALEZA Y EN LOS PROCESOS
INDUSTRIALES
✴Algunos
✴
microbios son patógenos-- enfermedades infecciosas
La mayoría son inocuos para los seres vivos o son beneficiosas para los ecosistemas e
incluso su actividad es provechosa para la especie humana.
✴Las
bacterias han colonizado todos los hábitats de la Tierra:
•Hábitats extremos: bacterias extremófilas como las termófilas (thermococcus) que viven
en aguas termales o en grietas del fondo oceánico de hasta 110ºC,
bacteriaspsicrófilas (-10ºC), bacterias acidófilas o basófilas o en ambientes de
elevada salinidad (Halobacterium).
•Cuerpo humano: viven en simbiosis y constituyen la flora normal, en el intestino
(E.coli, indicador de aguas fecales), en la piel, mucosas, boca
✴En
el suelo y subsuelo: bacterias y hongos descomponedores de la materia orgánica en
inorgánica que transforman los compuestos ricos en nitrógeno, fósforo y azufre en minerales
fácilmente asimilables por los vegetales--- intervienen en los ciclos biogeoquímicos
✴En
aguas dulces y marinas: en los ecosistemas acuáticos abundan los microorganismos
fotosintéticos que forman el fitoplancton, productores primarios de las cadenas tróficas; en
las zonas oxigenadas abundan algas y cianobacterias; en aguas continentales o costeras
hay mayor nº de bacterias , hongos y protozoos si existe contaminación de las aguas con
materia orgánica que les sirve de alimento.
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martes 29 de mayo de 2012
LOS MICROORGANISMOS EN LA INDUSTRIA
Los procesos industriales que utilizan los microorganismos como base para la
obtención de sus productos constituyen la microbiología industrial o biotecnología
microbiana.
La biotecnología tradicional emplea los microorganismos tal y como se encuentran
en la naturaleza, seleccionados cuidadosamente para producir uno o varios
productos específicos con un gran rendimiento.
Los microorganismos que se utilizan en la industria, deben cumplir una serie de
requisitos :
✓
✓
Crecer rápidamente a gran escala en medios de cultivo líquidos
Ser genéticamente estables
- Producir sustancias de interés en cortos periodos de tiempo.
- encontrarse en cultivos que se puedan mantener durante largo tiempo
- Ser aptos para la manipulación genética.
Microorganismos de interés industrial
Actinomicetos (bacterias heterótrofas aerobias G (+)
Mohos
Levaduras
Recientemente se utilizan microorganismos modificados genéticamente
mediante métodos de ingeniería genética -------- biotecnología
moderna
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Los procesos microbianos efectuados en la industria, que permiten el
cultivo de m.o., realizar transformaciones químicas y obtener productos
comerciales, son las fermentaciones( aunque bioquímicamente no sean
anaerobias)
Se realizan en grandes tanques, de acero inoxidable , llamados fermentadores o
biorreactores , de hasta 500000 litros de capacidad , en los que existe un
líquido que es el medio de cultivo del microorganismo.
•
Los fermentadores deben disponer de conductos para añadir el medio de cultivo y
los microbios; de válvulas para permitir la salida de gases indeseables producidos
y de grifería para poder extraer periódicamente el producto de la fermentación;
además de una cubierta externa de enfriamiento o refrigeración.
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Partes de un fermentador
Un fermentador aerobio consta de:
- Tanque o recipiente
- Sistema de refrigeración o calentamiento:estructura
de revestimiento del tanque
- Sistema de aireación: con un difusor que introduce aire
en forma de diminutas burbujas y un impulsor para agitar
y mezclar el microorganismo con el medio de cultivo y con
el aire introducido
- Sistema de monitorización y programación: mantiene las
condiciones óptimas de crecimiento (ph,temperatura,
crecimiento, concentración del producto) se realiza con
ordenadores y programas informáticos adecuados.
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Industria alimentaria
Producción de alimentos o sustancias empleadas en
alimentación:
- obtención
de bebidas alcohólicas: vino , cerveza , sidra y
bebidas destiladas.
- vinagre( ácido acético Acetobacter)
- pan
- quesos , yogures, mantequilla y leches fermentadas
- obtención de ácido cítrico (conservante en bebidas alcohólicas,
(se usa el hongo aspergillus )
- suplementos y aditivos alimentarios : como vitaminas
(B12,riboflavina, acído glutámico(potenciador del sabor) ácido
aspártico, edulcorante
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Bebidas alcohólicas y destilación
Las levaduras del g. Saccharomyces producen etanol degradan
incompletamente la glucosa mediante fermentación alcohólica.
glucosa (C6 H12 O6)
✓
✓
✓
✓
2 etanol (CH3 –CH2 OH)+ CO2
Las bebidas alcohólicas obtenidas por fermentación:
Vino a partir de la uva (S. ellipsoideus)
Cerveza a partir de granos de cebada (S.cerevisiae )
Sidra a partir de la manzana
Bebidas destiladas (whisky, ron, brandy) por fermentación en caliente y poster
concentración del etanol
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Fabricación de cerveza
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Fabricación del pan
La fermentación alcohólica producida por
las levaduras es el paso esencial en la
producción del pan :
el CO2 liberado es el responsable de la “subida
de la masa” y que resulte esponjoso .El alcohol
etílico se evapora durante el proceso de cocción.
Levadura del género Saccharomyces cerevisiae
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Fermentaciones lácticas
El ácido láctico es producido por bacterias como Lactobacillus o Streptococcu
que degradan la lactosa mediante fermentación :
lactosa
2 gluc(C6 H12 O6 )
ác.láctico (CH3-CHOH-COOH)
•El
medio de cultivo utilizado es el suero de la leche.
•Los
productos que se obtienen :mantequilla , queso, yogurt, kéfir , se
elabora también el choucroute(coles ácidas) salchichas, salsas de soja.
•Las
sales del ácido láctico, lactatos, tienen variedad de usos: en
tratamientos de anemia (lactato de hierro), en deficiencias de calcio
(lactato de calcio), en la obtención de sustancias plastificantes (lactatos d
sodio)
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Elaboración del queso:
1º-Adición del cuajo o renina que precipita las
proteínas de la leche formando el requesón o
cuajada y un componente líquido, el suero lácteo
2º- separación del suero y la cuajada por filtración
3º maduración del queso
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Industria quimiofarmacéutica
1- Obtención de antibióticos:
La penicilina fue el primer antibiótico , obtenido del hongo Penicillium por Alexander
Fleming .
Los antibióticos son productos de síntesis; se conocen cerca de 800 producidos por
microorganismos.
Su obtención consta de tres etapas:
1º- crecimiento del hongo productor en fermentadores con el medio de cultivo adecuado
para su desarrollo
2º- al cabo de unas 40 horas de cultivo , el hongo no crece más y comienza a produci
la penicilina.
3º-purificación del antibiótico: el hongo se separa del caldo de cultivo por filtración o
centrifugación; posteriormente la penicilina se separa por cristalización.
La producción industrial de antibióticos ha crecido espectacularmente
debido a
- Selección de cepas mutantes con mayor capacidad de producción.
- Mejora de las técnicas de cultivo :control del ph y temperatura……
- Mejora en las técnicas de extracción y purificación
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Los principales grupos de antibióticos:
penicilinas y cefalosporinas producidas respectivamente por hongos del gén
Penicillium y cephalosporium
estreptomicinas ,eritromicinas y tetraciclinas producidos por diferentes especies de
bacterias del gén Streptomyces.
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2- Obtención de vacunas
:
a partir de virus muertos o atenuados para inducir la
inmunidad.
Se obtienen actualmente por I.G.
3- Hormonas esteroideas : cortisona ( contra inflamaciones , alergias y rinitis)
estrógenos y andrógenos. Se obtienen por bioconversión , método que consiste en hacer
crecer el microorganismo en el fermentador , añadiendo posteriormente el producto que
va transformar obteniendo el producto final.
4- Proteínas enzimáticas u hormonales: obtenidas por I.G.
5- Otras sustancias con variadas aplicaciones industriales:
suplementos alimenticios usadas en panadería,pastelería, farmacia y medicina ,
vitaminas , aminoácidos potenciadores del sabor , edulcorantes , antioxidantes e incluso
en lavandería e industria textil.
6- Productos químicos diversos:
•
•
•
•
•
acetona y butano (disolventes orgánicos)
ácido glucónico (agente de lavado y suavizante)
dextrano ( reactivo químico y plasma sanguíneo artificial)
alcohol etílico (como disolvente y para combustible libre de plomo )
dihidroxiacetona (agente bronceador)
giberelina (hormona vegetal estimulante en el crecimiento de las plantas)
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LOS MICROORGANISMOS EN LA AGRICULTURA Y
GANADERÍA
Acciones beneficiosas:
- reciclado de nutrientes: estiércol y abonos agrícolas no contaminantes
- fijación del nitrógeno atmosférico: Rhizobium vive en simbiosis con leguminosas
( garbanzos , lentejas, alfalfa, soja ,….o el género Anabaema con el arroz,
- mejora de plantas y animales mediante la obtención de trangénicos en los que
se utiliza a los microorganismos como vectores.
- la producción de piensos (proteína unicelular empleada como suplemento proteico
en piensos para el ganado).
- obtención de insecticidas biológicos: la bacteria Bacillus thuringiensis produce una
proteína no tóxica para humanos , que actúa como insecticida natural.
Acciones nocivas:
- enfermedades infecciosas que originan en las plantas agallas, tumores,
podedumbres , marchitez , manchas en las hojas , cambios de color producidas
por bacterias , hongos o virus
- enfermedades en animales como el carbunco , mastitis ,peste porcina,
glosopeda….que afectan a las especies ganaderas
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LOS MICROORGANISMOS EN EL
MEDIO AMBIENTE
La
acción descomponedora y la capacidad de transformación de la materia por los
microorganismos es utilizada en la lucha contra la contaminación del medio
ambiente. Esta aplicación recibe el nombre de biorremediación.
La biorremediación consiste en utilizar la actividad biológica de los microorganismos
para descontaminar una zona determinada.
Así, se utilizan en
1- biodegradación del petróleo : bacterias , mohos y levaduras son capaces de
oxidar los hidrocarburos y hacen desaparecer las manchas de petróleo en el mar
o en las costas.
2- el tratamiento y depuración de aguas residuales (EDAR)
3- biodegradación de los compuestos y sustancias químicas de origen industrial
que no han existido en la naturaleza: plásticos y similares usados en embalajes,
como poliuretano, poliestireno ….o de plaguicidas, herbicidas, fungicidas usados en
agricultura.
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Los microorganismos juegan un papel crucial en la transformación de la
materia, estando implicados en los Ciclos Geoquímicos del carbono,
nitrógeno, hierro y azufre.
Ciclos Geoquímicos
La materia se transforma mediante la acción de los microorganismos. Así,
ésta puede ser reutilizada. Los bioelementos circulan de forma cíclica
desde la Atmósfera y la Hidrosfera hasta los organismos vivos y de ellos,
de nuevo a la Atmósfera o a la Hidrosfera.
Estos ciclos reciben el nombre de Ciclos Geoquímicos, que
corresponden a los ciclos del carbono, nitrógeno, hierro y azufre
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CICLO DEL CARBONO
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CICLO DEL NITRÓGENO
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MICROORGANISMOS E INGENIERÍA GENÉTICA:
LA NUEVA BIOTECNOLOGÍA
Los avances en ingeniería genética han determinado que los microorganismos tomen un
papel importante en los procesos biotecnológicos.
LA BIOTECNOLOGÍA en sentido amplio contempla el uso de microorganismos en procesos
industriales.
Modernamente se prefiere aplicar el término de BIOTECNOLOGÍA al uso de la
ingeniería genética para crear nuevos organismos capaces de sintetizar productos
específicos de alto valor comercial.
La biotecnología depende de la ingeniería genética ---- manipulación de genes y sus
productos -! usan técnicas del ADN-recombinante
La ingeniería genética microbiana consiste en introducir el gen que produce la molécula
que se pretende conseguir y que procede de una molécula de ADN donante , en el
material genético de una bacteria , principalmente en alguno de sus plásmidos.
Estos , luego son añadidos a un medio de cultivo con bacterias , que lo incorporan
a su material genético;
Las bacterias con estos nuevos plásmidos se reproducen , clonan el gen recibido y
adquieren la capacidad de producir la molécula útil , que posteriormente es recuperada
del medio de cultivo.
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APLICACIONES PRÁCTICAS DE LA INGENIERÍA
GENÉTICA
Aplicaciones básicas: regulación , expresión y represión de genes y de los
mecanismos de acción de las enzimas
Aplicaciones médicas:
Producción de sustancias con fines terapéuticos: insulina, hormona del crecimiento
interferón, eritropoyetina, factor VIII de coagulación
Obtención de vacunas más eficaces y de anticuerpos
Diagnóstico y curación de enfermedades hereditarias
Aplicaciones industriales y en el medio ambiente
Producción masiva de antibióticos , de proteínas de interés alimenticio y otros
productos industriales.
Obtención de animales y vegetales transgénicos
Obtención de cepas que degraden residuos , control de plagas ,eliminación de
mareas negras , obtención de energía no contaminante(metano o bioetanol)
martes 29 de mayo de 2012
LOS MICROORGANISMOS EN LA SALUD
(M.O. PATÓGENOS)
La mayoría de los microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Muchos
de ellos incluso se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los
tejidos de los animales, viviendo en ellos, en su piel, en sus conductos digestivos
o respiratorios; son la denominada flora normal.
Sin embargo, los microbios más conocidos son aquellos que producen enfermedades
infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana; estos son los
microorganismos patógenos.
El grado de patogenidad se denomina virulencia y se mide, generalmente, por el
número de microorganismos necesarios para desarrollar la enfermedad.
Hay microorganismos que normalmente no son patógenos pero pueden serlo
cuando disminuyen los mecanismos defensivos de un animal: son los
microorganismos oportunistas.
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ENFERMEDADES INFECCIOSAS
Infección: penetración del organismo en el huésped
ETAPAS
Período de incubación: tiempo transcurrido desde la infección hasta aparición de los
síntomas de la enfermedad, varía según el agente patógeno.
Período agudo: tiempo en el que los síntomas de la enfermedad son evidente (fiebre , tos,
erupciones…)
Período de declive: tiempo en el que los síntomas van desapareciendo progresivamente.
Período de convalecencia: tiempo en el que el paciente recobra su vitalidad y vuelve a la
normalidad.
CLASIFICACIÓN
Epidemia, cuando la enfermedad infecciosa afecta a un número elevado de la población en
un tiempo corto. Suelen producir un gran número de muertes. Un ejemplo es la Viruela o
la gripe.
Endemia, si la enfermedad afecta a las personas de una determinada región, en una época
dada. No suele producirse un gran número de casos. La malaria es un ejemplo de
endemia, se produce en zonas tropicales y en épocas de lluvia.
Pandemia, son epidemias que afectan a un gran número de individuos en poco tiempo y en
una región muy grande. Por ejemplo en el año 2003 se produjeron un gran número de
casos del SARS, o neumonía asiática atípica.
Actualmente, y gracias a la quimioterapia, las vacunas, la higiene y la educación
preventiva, disminuye o se controla un gran número de enfermedades infecciosas. Pero en
la otra cara de la moneda aparecen nuevos agentes patógenos que deben ser estudiados
para poder tratar las enfermedades que producen.
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TIPOS DE AGENTES INFECCIOSOS
Las enfermedades infecciosas pueden ser producidas por
virus, como el de la gripe, SIDA
bacterias, como la que produce la meningitis, salmonelosis
protozoos, como el de la malaria
hongos, como el responsable del pie de atleta.
En la actualidad se conocen nuevos agentes infecciosos como los Priones (carec
de ácidos nucleicos, están formados únicamente por proteínas), enfermedad de
Creutzfeldt-Jakob
PRINCIPALES ENFERMEDADES INFECCIOSAS
Según el medio en que son transmitidas:
✓Por
✓Por
✓Por
✓Por
✓Por
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el aire
contacto directo a través de la piel
vía sexual
el agua y los alimentos
animales
ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR EL AIRE
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ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR LA PIEL
Pie de atleta
Tinea pedis
Infección causada por la proliferación de un hongo sobre la piel de los pies. es
contagioso y se puede transmitir por contacto directo o por contacto con artículos,
calzado, calcetines, superficies de piscina, duchas.
El síntoma más común es la piel agrietada, en escamas y que se desprende entre los
dedos de los pies o en los lados del pie. Otros síntomas son:
•
•
•
martes 29 de mayo de 2012
Piel roja y con picazón
Ardor o escozor
Ampollas que supuran o forman costra
ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR EL AGUA Y LOS ALIMENTOS
Salmonelosis
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Salmonella sp
Es una infección alimentaria. Se transmite por agentes fecales o alimentos contaminados. La salmonella
produce una endotoxina muy potente que afecta al intestino, la sangre, el bazo y los ganglios linfáticos.
Síntomas: diarreas, vómitos, dolores de cabeza y abdominales y fiebre. Los principales alimentos
contaminados son huevos, leche y derivados, carnes.
ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR VECTORES
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LA QUIMIOTERAPIA
Tratamiento de enfermedades mediante sustancias químicas (agentes
quimioterapéuticos ) ,son agentes antimicrobianos que interfieren
específicamente en las rutas metabólicas bacterianas.
Los hay bacteriostáticos (inhiben su reproducción ) y bactericidas (destruyen
las bacterias)
Hay dos categorias
Sulfamidas: origen sintético. Son bacteriostáticas
Antibióticos. Origen natural. Acción bactericida. Penicilina, cefalosporinas,
estreptomicinas,…No actúan frente a los virus , ya que estos carecen de
metabolismo propio
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