Download Ciclo del nitrógeno

Biotecnología y
bioinformática
OPCIÓN B, NM
B.1 Microbiología:
organismos en la industria
Los
microorganismos
o
microbios
Los cinco reinos de Whittaker (1969),
modificado a 6 reinos en 1977
Los tres dominios
Características para determinar los
tres dominios
• Histonas: proteínas asociadas al ADN del
cromosoma
• Intrones: segmentos de ADN no codificante
dentro de los genes que se eliminan antes de la
traducción.
• Membranas plasmáticas
• Paredes celulares
• Ribosomas
• Organelos con membrana
Característica
Eubacteria
Archaea
Eukarya
histonas
ausente
proteínas
parecidas a
histonas
presente
Intrones
ausente
presente en
algún ADN
presente
Ribosoma
70S
70S
80S
lípidos
membrana
hidrocarbonos
lineales
hidrocarbonos
ramificados
hidrocarbonos
ramificados
Peptidoglicano presente
en pared cel.
ausente
ausente
Organelos de
membrana
ausente
presente
ausente
BACTERIAS o EUBACTERIAS
Cápsula
Las eubacterias tienen
básicamente tres tipos de
formas: cocos (esferas),
bacilos (bastón), espirilos
(espirales).
Cuando los coco están
agrupados en racimos:
estafilococos. en parejas:
diplococos. Si están en
cadenas como rosarios:
estreptococos, también hay
estreptobacilos.
http://www.iquimicas.com/bacterias-definicion-yestructura/
Algunos Géneros de Eubacterias toma el nombre de las formas
de sus células.
Comparación de bacterias Gram + y Gram -
Una tinción Gram en la que observamos un
mezclado de Staphylococcus aureus (Coco Gram
positivo) y Escherichia coli (bacilo Gram
negativo)
Comparación de bacterias Gram + y Gram PROCESO DE LA TINCIÓN DE GRAM:
- Recoger muestras del cultivo con un asa. Hacer el extendido sobre el
portaobjetos y dejar secar a temperatura ambiente.
- Fijar la muestra con metanol durante un minuto o al calor (flameado
3 veces aprox.)
- Agregar azul violeta (cristal violeta o violeta de genciana) y esperar 1
min. Todas las células Gram positivas y Gram negativas se tiñen de
color azul-purpura.
- Enjuagar con agua.
- Agregar lugol y esperar entre 1 minuto.
- Enjuagar con agua.
- Agregar acetona y/o alcohol y esperar 4 segundos (parte critica de la
coloración)
- Enjuagar con agua.
- Tinción de contraste agregando safranina o fucsina básica y esperar
1-2 min Este tinte dejará de color rosado-rojizo las bacterias Gram
negativas.
http://www.iquimicas.com/bacterias-definicion-y-estructura/
Comparación de bacterias Gram + y Gram -
Arriba: Bacteria Gram-positiva. 1-membrana citoplasmática, 2peptidoglicano, 3-fosfolípidos, 4-proteínas, 5-ácido lipoteicoico.
Abajo: Bacteria Gram-negativa.-membrana citoplasmática (membrana
interna), 2-espacio periplasmático, 3-membrana externa, 4-fosfolípidos, 5peptidoglicano, 6-lipoproteína, 7-proteínas, 8-lipopolisacáridos, 9-porinas
Pared de bacterias Gram +
http://noelialavilla.blogspot.com/
Pared de bacterias Gram -
http://noelialavilla.blogspot.com/
Colonias de bacterias sobre agar
Cultivo de bacterias sobre agar nutritivo, en una caja de Petri.
Las colonias de bacterias tienen formas, texturas y colores
diferentes según la especie
Vibrio fischeri
Agregados de bacterias o biofilms
• Vibrio fisheri, una bacteria encontrada en el
agua, puede emitir luz (bioluminiscencia)
cuando se encuentra en grandes densidades.
• Es un ejemplo de comunicación entre células.
• Estas bacterias crecen en simbiosis con
algunos calamares. Las bacterias solo emiten
luz cuando han alcanzado cierta densidad
poblacional en los tejidos del calamar.
• La bacteria puede crecer en el laboratorio en
placas de Petri.
The Hawaiian Bobtail Squid, Euprymna scolopes, has a clever way of duping
predators during its nightly activities.
It uses a symbiotic luminescent bacteria, Vibrio fischeri, to light up its
underside, so that upwards-looking predators don't see a dark, edible form
silhouetted against a moonlit or starlit sky. Instead, hungry sharks or other
fish see only sky. The squid is invisible
http://www.ecosystm.org/squid_glowing_bacteria_work_well_together.ht
m
Agregados de bacterias
Algunos patógenos producen biofilms, que son películas
de naturaleza biológica. Para esto, deben alcanzar una
densidad suficiente. A continuación producen toxinas,
saturando al huésped. Por ejemplo, Pseudomonas
aeruginosa es la principal causa de muerte en pacientes
con fibrosis cística.
magnificación: 3000x
http://www.ciriscience.org/ph_133-Pseudomonas_aeruginosa_Copyright_Dennis_Kunkel_Microscopy
Nódulos de la bacteria Rhizobium en las raíces de las
leguminosas convierten el Nitrógeno del aire en
compuestos químicos que las plantas pueden utilizar.
Se dice que son bacterias “fijadoras” de Nitrógeno
La mayoría de bacterias son altamente beneficiosas para el
ambiente y para las personas
• Control de plagas: Bacillus thuringiensis
Oruga atacada por B.t. var. kurstaki
La bacteria Streptomyces, abundante en el suelo, tiene
formas alargadas como hifas de hongos, descompone gran
cantidad de sustancias como la celulosa y la quitina; es
responsable del olor de la tierra; produce el antibiótico
estreptomicina
La infección por Helicobacter pylori
Tinción de Gram
Bacterias en la pared del estómago
Intoxicación alimentaria
Intoxicación alimentaria
Salmonelosis o fiebre tifoidea: Salmonella sp.
Dominio Archaea
o Arqueobacterias
• Gran diversidad de habitats de Archaea, como
ilustran los grupos de arqueobacterias:
• metanogenas
• termofilas
• halofilas.
La característica que identifica a las metanógenas es su
metabolismo productor de metano (CH4). La función de este
proceso metabólico es la obtención de energía en forma de ATP, o
de moléculas destinadas para la biosíntesis. Generalmente esta
reacción se realiza a partir de CO2 y H2, donde el CO2 es un
aceptor de electrones que es reducido gracias a los electrones
suministrados por H2. Puede considerarse, por tanto, una
respiración anaeróbica.
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
Pero existen otras formas de realizar la metanogénesis a partir de
monóxido de carbono (CO), de piruvato (CH3COOCOH), de
metanol (CH3OH), de acetato (CH3COO - ), entre otros. Dado que
se utilizan compuestos orgánicos, pueden considerarse
fermentaciones, como en el caso del ácido acético:
CH3COOH → CH4 + CO2
Methanococcus en un género de microorganismos hipertermófilos y
metanógenos del dominio Archaea. Methanococcus jannaschii, una
especie notable descubierta en la base de una fuente hidrotermal en la
dorsal del Pacífico Oriental, fue la primera archaea cuyo genoma fue
completamente secuenciado.
Sulfolobus es un género de arqueabacterias que crecen en aguas termales y lo
hacen de manera óptima cuando hay un pH entre 2 y 3, y temperaturas de
entre 75 a 80°C, convirtiéndolas en acidófilas y termófilas respectivamente.
Las células de Sulfolobus tienen formas irregulares y están flageladas.
Halococcus salifodinae archaea.
Archaea son organismos unicelulares parecidos a bacterias; se encuentran en aguas
con altas concentraciones de sal (organismos halófilos). Magnificación: x9500
cuando está impreso en 10 cm.
¿Cómo es un virus?
Virus VIH
¿Cómo es un virus?
Virus Zika
http://www.microbiologyinfo.com/zika-virus-structure-genome-symptoms-transmission-pathogenesis-diagnosis/
El Ébola virus
Virus de la rabia
Rabies virions are bullet-shaped with 10-nm spike-like glycoprotein
peplomers covering the surface. The ribonucleoprotein is composed
of RNA encased in nucleoprotein -(), phosphorylated or
phosphoprotein - , and polymerase - .
La varicela es causada por el virus varicella-zoster, el cual es un
miembro de la familia del virus del herpes. El mismo virus también
causa herpes zoster, culebrilla, en adultos. La varicela es altamente
contagiosa y puede diseminarse por contacto directo, transmisión de
gotitas o por transmisión aérea.
Herpes zoster (culebrilla) en la mano y dedos. La enfermedad es
causada por el mismo virus de la varicela. Cuando el zoster brota, sigue
el trayecto de los nervios de la piel.
Protistas flagelados: Giardia
Giardia en intestino
Microorganismos en la industria
Generación de biocombustibles:
metano
Materia prima estiércol de los animales de granja y la celulosa.
Tipos de bacterias para lograr la metanogénesis:
• bacterias que convierten la materia orgánica en ácidos
orgánicos y alcohol
• bacterias que convierten estos ácidos orgánicos y el alcohol en
acetato, dióxido de carbono e hidrógeno.
• bacterias metanogénicas para generar el metano, bien
mediante la reacción del dióxido de carbono y del hidrógeno o
por descomposición del acetato.
Generación de metano a partir de
biomasa
Generación de metano a partir de
biomasa
Microbios y producción
de alimentos
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de cerveza, vino y pan
• Se cree que el pan y el vino fueron
desarrollados hace unos 4000 años en Egipto,
a partir de procesos de fermentación
causados por levaduras del medio ambiente.
• Hasta 1837, Louis Pasteur probó que la
levadura Saccharomyces cerevisae era el
organismo responsable de estos y otros
importantes productos alimenticios y bebidas.
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de cerveza, vino y pan
• La levadura es un
hongo unicelular
importante en esos
procesos por su
habilidad de convertir,
durante la glucólisis y la
fermentación, la
glucosa en dos
moléculas de etanol
(alcohol etílico) y
liberando 2 moléculas
de gas CO2.
Levaduras. Aumento: 4000x. Observar yemas.
Yeast cells (Saccharomyces cerevisiae)
Producción de cerveza
http://www.elhistoriador.es/cerveza.htm
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de cerveza
• Pasos:
• 1. El almidón de granos (cebada) en germinación
es fuente de maltosa (disacárido); esto constituye
la “malta”. La flor de lúpulo (Humulus lupulus) se
agrega para conseguir el sabor amargo que
contrarresta el sabor dulce de la maltosa. El otro
ingrediente importante es el agua.
• 2. Luego de calentar y enfriar esa mezcla (mosto),
se agrega la levadura para que realice la
fermentación.
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de cerveza
El Humulus lupulus es un
ingrediente relativamente
moderno en la cerveza, se
trata de una planta trepadora
de la familia del Cannabis que,
además de proporcionar un
sabor amargo característico, es
la encargada de estabilizar la
espuma. Los lúpulos son
responsables de los aromas y
los sabores florales de algunos
tipos de cerveza.
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de cerveza
Producción artesanal de cerveza
http://es.wikipedia.org/wiki/Elaboraci%C3%B3n_de_cerveza
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de cerveza
Cocción del mosto
http://es.wikipedia.org/wiki/Elaboraci%C3%B3n_de_cerveza
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de cerveza
• Cuando los azúcares han sido metabolizados por la
levadura, los productos son etanol y dióxido de
carbono (CO2).
• Las levaduras mueren al llegar el mosto a
concentraciones de entre 2 y 6% de alcohol.
• Luego se filtra, se pasteuriza (a 82º C) y se embotella la
cerveza.
• VIDEO:
https://www.youtube.com/watch?v=_MN940PJKPo
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de vino.
• La diversidad genética de las levaduras
Saccharomyces cerevisae hace que existan
diferentes “cepas”.
• Las levaduras que convierten los carbohidratos en
vino deben sobrevivir concentraciones de 11-15º
C.
• Los pasos de producción son simples:
- Uvas machacadas y levaduras se ponen barriles
de madera.
- El alcohol permanece en el barril y el CO2
escapa.
http://santalba.blogspot.com/2013/01/proceso-de-elaboracion-del-vino-de.html
La levadura Saccharomyces cerevisae en la
producción de pan.
• Pasos:
- Fermentación de los azúcares de la masa por
la levadura
- El dióxido de carbono hace crecer la masa y
la hace porosa (ojos del pan).
- Al hornear se mueren las levaduras, para la
fermentación, y se evapora el alcohol.
Levaduras y producción de pan
VIDEO: https://www.youtube.com/watch?v=rnSBDK3N7Ng
La producción de salsa de soja
usando Aspergillus oryzae.
http://es.wikipedia.org/wiki/Aspergillus_oryzae
El hongo Aspergillus oryzae se cultiva sobre
arroz cocido al vapor, refrescado e inoculado
con las esporas, entonces es incubado de 3 a
4 días a 42º C. Una lana blanca como de
algodón se observa cubriendo
completamente el arroz. Las esporas de este
hongo cuando están maduras son de un
color verde pálido.
La producción de salsa de soja
usando Aspergillus oryzae.
• Es un procedimiento que se ha hecho en la cocina
china por 5000 años. Los pasos son los siguientes:
• Los frijoles de soya se mojan, se calientan y se
escurren. Se mezclan con germen de trigo cocido.
• Se agrega el cultivo de Aspergillus oryzae. Se incuba
por 3 días a 30º C
• Se agrega sal y agua, y se deja fermentar por 3 a 6
meses.
• Filtrar y pasteurizar.
VIDEO: https://www.youtube.com/watch?v=PcCIe6Wl34k
http://www.naoem
iami.com/naoe_sh
oyu_production_pr
ocess_chart.htm
Uso de ácidos y de altas concentraciones de sal
o azúcar para la conservación de alimentos.
• Altas concentraciones de azúcar crean un
ambiente hipertónico que es capaz de inhibir el
crecimiento de bacterias y otros microbios,
deshidratándolos.
Uso de ácidos y de altas concentraciones de sal
o azúcar para la conservación de alimentos.
• Pasos para hacer una jalea:
• Calentar la fruta con azúcar para
matar microbios y disolver el azúcar.
• Agregar pectina para dar textura
gelatinosa.
• Introducir en un bote caliente y
estéril.
• No se necesitará refrigeración para
que dure por mucho tiempo.
Uso de ácidos y de altas concentraciones de sal
o azúcar para la conservación de alimentos.
El “curtido” de las pupusas salvadoreñas
Uso de ácidos y de altas concentraciones de sal
o azúcar para la conservación de alimentos.
• Encurtido o curtido es el nombre que se da a los alimentos
que han sido sumergidos (marinados) en una solución de sal,
y que fermenta por sí solo o con la ayuda de un inoculo
(microorganismo como Lactobacillus plantarum), en el cual
baja el pH y aumenta la acidez del mismo con el objeto de
poder extender su conservación.
• La característica que permite la conservación es el medio
ácido del vinagre que posee un pH menor que 4,6 y es
suficiente para matar la mayor parte de las bacterias que
producirían la pudrición.
• El curtido permite conservar los alimentos durante meses.
http://es.wikipedia.org/wiki/Encurtido
Producción de metabolitos
• Los fermentadores permiten una producción a gran
escala de metabolitos por parte de microorganismos.
• La fermentación se lleva a cabo por lotes o mediante
un cultivo continuo.
• Los microorganismos presentes en los fermentadores
se ven limitados por sus propios desechos.
• Se emplean sondas para controlar las condiciones
dentro de los fermentadores.
• Las condiciones se mantienen en niveles óptimos para
el crecimiento de los microorganismos cultivados.
Descubrimiento de la penicilina
• La serendipia (descubrimiento o hallazgo
afortunado e inesperado) ha conducido a
descubrimientos científicos.
• Alexander Fleming, en Inglaterra en 1928,
descubre de la penicilina a partir de la
observación casual de un hongo alrededor del
cual no crecían bacterias.
• Video: https://www.youtube.com/watch?v=cNTWNBwEdM
Producción industrial de metabolitos y
factores limitantes
• https://www.youtube.com/watch?v=5eKdZ0d
VCCo
• Separación y recuperación:
https://www.youtube.com/watch?v=VKpthcW
1llU
• Purificación:
https://www.youtube.com/watch?v=kzuPq7b
dO0E
Los microbios y la
biotecnología
La transcriptasa inversa cataliza la
producción de ADN a partir de ARN
• La transcriptasa inversa, transcriptasa reversa
o retrotranscriptasa es una enzima que tiene
como función sintetizar ADN de doble cadena
utilizando como molde ARN monocatenario,
es decir, catalizar la retrotranscripción o
transcripción inversa. Esta enzima se
encuentra presente en los retrovirus como el
HIV.
La característica única que distingue a los retrovirus y permite su clasificación
es la necesidad de transformar su información genética, que está en forma de
ARN, en ADN (proceso de transcripción inversa) mediante una enzima que
poseen, conocida como transcriptasa inversa.
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~29701428/salud/sida.htm
Aplicaciones
Producción de insulina humana por medio de bacterias
-De las células pancreáticas productoras de insulina, se aisla el ARNm formado a
partir de los genes que codifican para esta proteína.
- Por acción de la enzima retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, obtenida a
partir de los virus, este ARN se transforma en un ADNC monocatenario primero
y luego, ADN bicatenario (dos cadenas).
- El ADN así obtenido se inserta en un plásmido (trozo de ADN bacteriano
circular) “cortado” mediante enzimas de restricción.
- Al añadir estos plásmidos a un cultivo de bacterias, algunas incorporarán este
ADN recombinante .
- Puesto que las bacterias se reproducen rápidamente, en poco tiempo se
consiguen muchas bacterias con el gen para la insulina.
- Mediante otras técnicas, se induce en estas bacterias la expresión de ese gen,
es decir, se provoca que estas bacterias produzcan la insulina.
http://www.elergonomista.com/biologiaselectividad/sb28.html
http://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Protein_function/Insulin
http://insulinafisioanimaludec2011.blogspot.com/p/obtencion.html
http://allnatural.iespalomeras.net/ampliacion/proteinas.htm
Biotecnología en la agricultura
• Los organismos transgénicos producen proteínas
que no formaban parte previamente del
proteoma de su especie.
• La modificación genética puede usarse para
superar la resistencia ambiental con el fin de
aumentar las producciones de los cultivos.
• Las plantas de cultivo modificadas genéticamente
pueden usarse para obtener productos
novedosos.
• La bioinformática es clave en la identificación de
los genes objetivo.
Transferencia de genes
• Ejemplos de organismos genéticamente modificados (GMO)
hay muchos: plantas de cultivo resistentes a herbicidas como
el Glifosato (Roundup)
• y leche de oveja con factor IX (factor de coagulación
sanguínea en seres humanos).
Microvideo de Sci Am:
http://bcove.me/w6jns20y
Cultivos tolerantes al herbicida glifosato
= “Roundup Ready”
• En las plantas, la enzima 3-enolpiruvil-shiquimato-5-fosfato
sintetasa (EPSPS) es clave en las rutas metabólicas que
llevan a la producción de los aminoácidos aromáticos
(fenilalanina, tirosina y triptófano). En la década de 1970 se
descubrió que el glifosato inhibía a la enzima EPSPS,
impidiendo la producción de aminoácidos y produciendo la
muerte de la muerte de las plantas
Las plantas tolerantes a glifosato tienen el gen epsps de la
cepa CP4 de la bacteria del suelo Agrobacterium
tumefaciens. Como la enzima EPSPS producida en esta cepa
bacteriana no es afectada por el glifosato, su introducción
en el genoma de las plantas las vuelve tolerantes al
herbicida.
Transferencia de genes
para producir plantas
genéticamente
modificadas (GMO)
Introducción del gen Bt
(de la bacteria Bacillus
turingiensis) que hace
que la planta se vuelva
tóxica para las orugas.
http://www.blogdebiologia.com/biotecnologia.html
Las plantas como biorreactores o fábricas de
moléculas
• El término “fábrica de moléculas” o “molecular pharming” se refiere al
empleo de plantas para producir moléculas interesantes para la industria,
como la farmacéutica, química, etc.
• En este tipo de cultivos transgénicos se trata de modificar genéticamente
a las plantas y así producir biopolímeros, enzimas y fármacos proteicos.
• Los sistemas de producción de fármacos como proteínas recombinantes
actualmente emplean bacterias, levaduras y células de mamífero en
cultivo, pero cada uno de estos sistemas presenta sus limitaciones.
• Las ventajas de las plantas superan a las de los sistemas mencionados, ya
que incluyen los bajos costos, la producción a gran escala, la falta de
contaminación con patógenos y la posibilidad de obtener una molécula
igual, en la mayoría de los casos, a la deseada.
http://www.argenbio.org/index.php?action=novedades&note=329
“molecular pharming” o “plantas farmacia”
para producción de vacunas
• Además de hormonas y enzimas de interés farmacéutico,
resulta particularmente interesante la producción de
anticuerpos y vacunas en plantas.
• Las plantas permiten la producción de inmunoglobulinas
completas y funcionales, capacidad hasta ahora limitada al
cultivo de células de mamífero. En cuanto a las vacunas,
además de las ventajas ya mencionadas, la producción en
plantas ofrece la posibilidad de generar vacunas
comestibles, que resultan más baratas, estables y fáciles de
administrar.
• Un ejemplo es el virus del mosaico del tabaco como vector
para la producción masiva de vacunas de hepatitis B en
plantas de tabaco.
El virus del mosaico del tabaco como vector para la
producción masiva de vacunas de hepatitis B en plantas
de tabaco
Los proyectos de investigación para producir medicamentos en plantas se centran
en proteínas biofarmacéuticas, principalmente anticuerpos que se pueden
suministrar como tratamiento para infecciones y también proteínas para vacunas
que inmunicen contra virus y bacterias. Actualmente, la mayor parte de estas
proteínas biofarmacéuticas se fabrican en cultivos celulares (células de mamíferos
o bacterias).
http://www.investigacionyciencia.es/blogs/medicina-y-biologia/53/posts/medicinas-producidas-en-plantas-12474
Las “plantas farmacia” presentan grandes ventajas para
luchar contra enfermedades emergentes tropicales,
como la tuberculosis, la hepatitis B, la rabia, la diarrea,
la malaria y el ébola
• 1. Se pueden producir de forma fácil y económica: las
instalaciones que requieren son poco técnicas y los
materiales son baratos.
• 2. Los procesos de purificación del medicamento son
más sencillos, y en el caso de algunas vacunas orales
sólo haría falta una purificación parcial.
• 3. La formación del personal es poco especializada.
• 4. Se puede producir gran cantidad de medicamento
en un tiempo corto (semanas o pocos meses).
http://www.investigacionyciencia.es/blogs/medicina-y-biologia/53/posts/medicinasproducidas-en-plantas-12474
http://www.nexgenbiotech.com/0925/eng/technology/main.htm
marco abierto de lectura (siglas ORF
del inglés Open reading frame)
• Se llama marco abierto de lectura (siglas ORF del
inglés Open reading frame) a la secuencia de ARN
comprendida entre un codón de inicio (AUG) de
la traducción y un codón de terminación,
descontando las secuencias que corresponden a
los intrones (secuencias de ADN sin sentido) en
caso de haberlas. Se encuentra acotado por los
UTRs, o secuencias no traducidas.
https://es.wikipedia.org/wiki/Marco_abierto_de_lectura
Esquema de un marco abierto de lectura, que incluye el codón de
inicio (o start) y de parada (o stop).
Los microbios y el
medio ambiente
Los tres roles principales de los
microbios en el medio ambiente
• Productores: transformas moléculas
inorgánicas en moléculas orgánicas ricas en
energía.
• Fijadores de Nitrógeno: convierten el N del
aire en nitratos (NO3). Otros pueden producir
nitratos a partir de nitritos (NO2).
• Descomponedores: rompen las moléculas
orgánicas en moléculas inorgánicas,
devolviéndolas al ecosistema o a la atmósfera.
http://www.lenntech.es/ciclo-nitrogeno.htm
Ciclo del nitrógeno
• La reserva fundamental de nitrógeno es la atmósfera,
en donde se encuentra en forma de N2, pero esta
molécula no puede ser utilizada directamente por la
mayoría de los seres vivos (exceptuando algunas
Eubacterias y Archeobacterias). Éstas pueden usar el N2
del aire y juegan un papel muy importante en el ciclo
de este elemento al hacer la fijación del nitrógeno. De
esta forma convierten el N2 en otras sustancias
químicas (nitratos y amonio) asimilables por las
plantas.
• El amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-) lo pueden tomar las
plantas por las raíces y usarlo en su metabolismo. Usan
esos átomos de N para la síntesis de las proteínas y
ácidos nucléicos. Los animales obtienen su nitrógeno al
comer a las plantas o a otros animales.
http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/04Ecosis/135CicN.htm
Ciclo del nitrógeno
• En el metabolismo de los compuestos
nitrogenados en los animales acaba
formándose ión amonio que es muy tóxico y
debe ser eliminado. Esta eliminación se hace
en forma de amoniaco (algunos peces y
organismos acuáticos), o en forma de urea (el
hombre y otros mamíferos) o en forma de
ácido úrico (aves y otros animales de zonas
secas). Estos compuestos van a la tierra o al
agua de donde pueden tomarlos de nuevo las
plantas o ser usados por algunas bacterias.
http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/04Ecosis/135CicN.htm
Ciclo del nitrógeno
• Algunas bacterias convierten amoníaco en
nitrito y otras transforman éste en nitrato.
• Donde existe un exceso de materia orgánica,
en condiciones anaerobias, hay otras bacterias
que producen desnitrificación, convirtiendo
los compuestos de N en N2, lo que hace que
vuelva nitrógeno del ecosistema a la
atmósfera.
http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/04Ecosis/135CicN.htm
http://www.microbiologyonline.org.uk/about-microbiology/microbes-and-theoutdoors/nitrogen-cycle
Procesos y bacterias que se dan en el ciclo del
nitrógeno
• Fijación del nitrógeno: Rhizobium (simbióticas) y
Azotobacter (organismos libres), plantas industriales
por proceso “Haber”.
• Nitrificación: Nitrosomonas (de NH4 a NO2) y
Nitrobacter (de NO2 a NO3-)
• Desnitrificación: Pseudomonas denitrificans
• alimentación
• excreción
• transporte activo de iones nitrato (las raíces de plantas
absorben iones NO3-)
• formación de amoníaco por putrefacción
Fijación mutualista de Nitrógeno:
Nódulos de la bacteria Rhizobium que son mutualistas
de las raíces de las leguminosas (como el frijol),
convierten el nitrógeno del aire en sustancias
químicas como el amonio (NH3), que las plantas
pueden utilizar luego como nitrato (NO3-) . Se dice que
son bacterias “fijadoras” de Nitrógeno. Enriquecen el
suelo para otras plantaciones como el maíz.
Protección
medioambiental
Consecuencias de liberar directamente a los ríos aguas
residuales sin tratar y fertilizantes nitrogenados.
Consecuencias de liberar directamente a los ríos aguas
residuales sin tratar y fertilizantes nitrogenados.
• Presencia de patógenos en el agua de consumo,
como la bacteria del Cólera, o Escherichia coli que
causa envenenamiento de alimentos.
• Eutrofización: exceso de nitratos y fosfatos, que
disparan la proliferación de algas, y luego la
desoxigenación por el aumento de la demanda
bioquímica de oxígeno (DBO), afectando a peces
y otros organismos acuáticos.
Consecuencias de liberar directamente a los ríos aguas
residuales sin tratar y fertilizantes nitrogenados.
Consecuencias de liberar directamente a los ríos aguas
residuales sin tratar y fertilizantes nitrogenados.
Tratamiento de aguas residuales con sistema de pasto Vetiver. Las
bacterias saprotróficas rompen la materia orgánica y liberan nitratos
y fosfatos que el pasto usa como fertilizante. El pasto es luego
cortado y usado para compost. Este sistema solo funciona para
pequeños volúmenes de desechos.
Biorremediación
Vertido de petróleo en el Golfo de México: una caso de "biorremediación
intrínseca"
• El desastre ocasionado por la petrolera British Petroleum
(BP) en el Golfo de México en 2010 podría estar siendo
combatido silenciosamente por microorganismos
psicrófilos degradadores de hidrocarburos.
• Se recogieron más de 200 muestras de las profundidades
de 17 lugares, todos ellos afectados por el vertido, entre el
25 de mayo y el 2 de junio, es decir, poco más de un mes
después de que se produjera el accidente.
• Al analizar las muestras encontraron muchos más
microorganismos de los que esperaban, principalmente
gamma-proteobacterias psicrófilas filogenéticamente
relacionadas con bacterias degradadoras de hidrocarburos
ya conocidas.
http://rovigar.blogspot.com/2010/08/vertido-en-el-golfo-de-mexico.html
Biorremediación
• Degradación del benceno mediante bacterias
halófilas, Marinobacter.
• Marinobacter hydrocarbonoclasticus: cepa
representante de las bacterias marinas Gram
negativas, son degradadoras de hidrocarburos
aromáticos (como el benceno). No son anaerobios
obligados.
Biopelículas, biofilms o “Películas Biológicas”.
• Son organizaciones microbianas compuestas por
microorganismos que se adhieren a las superficies gracias a
la secreción de un exopolímero.
• Las biopelículas presentan propiedades emergentes, como
capacidad de comunicación y resistencia a antimicrobianos.
• La llamada “detección de quórum” (en inglés, quorum
sensing) es un mecanismo de regulación de la expresión
genética en respuesta a la densidad de población celular.
Las células involucradas producen y excretan sustancias,
llamadas autoinductores, que sirven de señal química para
inducir la expresión genética colectiva.
Biopelículas: una comunidad microscópica en desarrollo
http://colombiamedica.univalle.edu.co/index.php/comedica/article/view/312/315
Detección de quorum en las
biopelículas
Biopelículas para el tratamiento o
biorremediación de aguas residuales
• Las aguas residuales domésticas e industriales son ricas
en materiales orgánicos y deben ser tratadas en alguna
forma antes de devolverlos al ambiente.
• Los procesos para el tratamiento de las aguas
residuales son prácticamente sistemas de cultivo
microbiano a gran escala que utilizan biopelículas en
los cuales las sustancias orgánicas de los desechos se
degradan a dióxido de carbono, gas metano y otros
nutrientes inorgánicos.
• El agua residual se trata dentro del fondo de un tanque
donde se pone en contacto con lodos o agregados de
biopelículas unidos a partículas muy pequeñas.
http://colombiamedica.univalle.edu.co/index.php/comedica/article/view/312/315
biorremediación de aguas residuales