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Microbiología: Interiorización del conociemiento de forma significativa y comprensiva Leonor M. Rivera Intriago Universidad Técnica de Machala Microbiología Interiorización del Conocimiento de Forma Significativa y Comprensiva Ing. César Quezada Abad, MBA Rector Ing. Amarilis Borja Herrera, Mg. Sc. Vicerrectora Académica Soc. Ramiro Ordóñez Morejón, Mg. Sc. Vicerrector Administrativo COORDINACIÓN EDITORIAL VICERRECTORADO ACADÉMICO Tomás Fontaines-Ruiz, PhD. Investigador Becario Prometeo-Utmach Asesor Del Programa De Reingeniería Ing. Karina Lozano Zambrano Coordinadora Editorial Ing. Jorge Maza Córdova, Ms. Ing. Cyndi Aguilar Equipo de Publicaciones Microbiología Interiorización del Conocimiento de Forma Significativa y Comprensiva Leonor M. Rivera Intriago Universidad Técnica de Machala 2015 Dedicatoria El presente libro, lo dedico a mi hijo Stalin Eduardo, principal incentivo en el fascinante proceso de superación personal y profesional. A mis padres Rogelio y Ana, por brindarme su apoyo incondicional para hacer éste sueño realidad A mis hermanos René, Gina y Holger, quienes me han apoyado constantemente. A las autoridades de la Universidad Técnica de Machala, quienes hicieron posible la publicación del presente libro. A todos los que me apoyaron y me brindaron su ayuda, les extiendo un profundo agradecimiento y afecto personal. Primera edición 2015 ISBN: 978-9978-316-30-6 D.R. © 2015, universidad técnica Ediciones utmach Km. 5 1/2 Vía Machala Pasaje www.utmachala.edu.ec Este de machala texto ha sido sometido a un proceso de evaluación por pares externos con base en la normativa editorial de la utmach. Portada: Concepto editorial: Jorge Maza Córdova Diseño: Karina Lozano Zambrano Diseño, montaje y producción editorial: UTMACH Impreso y hecho en Ecuador Printed and made in Ecuador Advertencia: “Se prohíbe la reproducción, el registro o la transmisión parcial o total de esta obra por cualquier sistema de recuperación de información, sea mecánico, fotoquímico, electrónico, magnético, electroóptico, por fotocopia o cualquier otro, existente o por existir, sin el permiso previo por escrito del titular de los derechos correspondientes”. Índice Contenido Temático................................................................... 15 Introducción............................................................................... 19 Orientaciones Metodológicas para el Estudiante.................... 21 Estudio de la Microbiología....................................................... 23 Introducción............................................................................ 23 Conceptualización.................................................................... 24 Historia de la Microbiología...................................................... 24 Campos de apicación de la Microbiología.................................. 28 Microbiología médica................................................................ 29 Microbiología de los alimentos.................................................. 29 Microbiología industrial............................................................ 29 Microbiología veterinaria.......................................................... 29 Microbiología aire..................................................................... 30 Microbiología suelo.................................................................. 30 Microbiología clínica................................................................. 30 Microbiología agrícola............................................................... 30 Microbiología de los insectos.................................................... 31 Microbiología del agua y drenajes domésticos........................... 31 Clasificación de los Microorganismos en la Naturaleza............. 33 Los virus.................................................................................. 34 Tamaño de los virus................................................................. 35 Estructura de los virus............................................................. 35 Bacterias.................................................................................. 36 Tipos de bacterias.................................................................... 37 Las algas unicelulares.............................................................. 38 Clasificación............................................................................ 39 Los protozoos........................................................................... 40 Características generales.......................................................... 40 Reproducción sexual................................................................ 41 Las levaduras........................................................................... 40 Morfología................................................................................ 40 Reproducción........................................................................... 41 Los mohos............................................................................... 46 Estudio de las principales características de los microorganismos...................................................................... 48 Bacterias.................................................................................. 48 Cultivo..................................................................................... 48 Morfología................................................................................ 49 Genética.................................................................................. 49 Levaduras................................................................................ 51 Los hongos............................................................................... 53 Taxonomía, Nomenclatura y Clasificación microbiana.............. 56 Taxonomía............................................................................... 56 Nomenclatura.......................................................................... 57 Práctica:Observación de microorganismos microscópicamente. 59 Práctica: Materiales y equipos utilizados en microbiología........ 59 Practica: Métodos de esterilización .......................................... 59 Estudio de las Bacterias............................................................ 61 Introducción............................................................................ 61 Clasificación morfológica de las bacterias ................................ 62 Las Bacterias........................................................................... 63 Estructura celular.................................................................... 64 Nutrición.................................................................................. 64 Reproducción........................................................................... 64 Fisiología bacteriana................................................................ 64 Funciones de relación.............................................................. 64 Factores determinantes de la acción patógena.......................... 64 Condiciones físicas para el crecimiento.................................... 64 Curva de crecimiento............................................................... 64 Genética bacteriana................................................................. 64 Antibióticos.............................................................................. 64 Clasificación y nomenclatura................................................... 65 Clasificación............................................................................ 65 Nomenclatura.......................................................................... 68 Bacterias presentes en el suelo................................................ 69 Actividades de las Bacterias en el suelo.................................... 71 Actividades bacterianas............................................................ 71 Enzimas del suelo.................................................................... 72 Enzimas en el suelo................................................................. 72 Práctica: cultivo de bacterias.................................................... 74 Métodos de Cultivo.................................................................... 75 Introducción............................................................................ 75 Concepto e importancia de cultivo............................................ 76 Importancia del cultivo de bacterias......................................... 76 Clase de medios de cultivo....................................................... 78 Según su estado físico (consistencia)........................................ 78 Según su utilización................................................................. 79 Atendiendo a su composición................................................... 80 Según su origen....................................................................... 81 Cultivos puros y mixtos............................................................ 83 Puros....................................................................................... 83 Mixtos...................................................................................... 83 Técnicas de cultivo................................................................... 84 Preparación de medios de cultivos............................................ 85 Medios de cultivo..................................................................... 85 Clasificación de medios de cultivo............................................ 86 Preservación y mantenimiento de cepas................................... 90 Métodos de elección o de conservación a largo plazo................. 91 Técnicas de descontaminación y esterilización.......................... 95 Práctica (revisar el manual de prácticas de maría de los ángeles aquiahanutl ramos y maría de lourdes chabela, sugerido por la docente................................................................................ 97 Preparación de medios de cultivo............................................. 97 Esterilización de medios de cultivo y materiales de vidrio......... 97 Aplicación de técnicas de cultivo.............................................. 97 Hongos y Levaduras.................................................................. 99 Introducción............................................................................ 99 Hongos.................................................................................... 100 Morfología................................................................................ 100 Levaduras................................................................................ 102 Levaduras................................................................................ 103 Virus y Ricketsias...................................................................... 105 Introducción............................................................................ 105 Concepto.................................................................................. 106 Virus........................................................................................ 106 Ricketsias................................................................................ 107 Origen de los virus................................................................... 108 Clasificación............................................................................ 110 Clasificación............................................................................ 110 Morfología................................................................................ 112 Características morfológicas de los virus.................................. 113 Reproducción........................................................................... 114 Lisogénico................................................................................ 114 Lítico........................................................................................ 114 Especies que afectan................................................................ 116 Virus de animales.................................................................... 116 Virus de plantas....................................................................... 116 Virus de bacterias.................................................................... 117 Importancia en la agricultura................................................... 118 Sintomatología......................................................................... 118 Los virus más comunes............................................................ 119 Formas de transmisión............................................................ 120 Observación de plantas afectadas por virus.............................. 121 Microbiología del Suelo............................................................. 123 Introducción............................................................................ 123 Actividad bioquímica de los microorganismos........................... 124 Hidrólisis del almidón.............................................................. 124 Hidrólisis de la gelatina............................................................ 125 Hidrólisis de la leche................................................................ 125 Reacción de nitratos................................................................. 125 Ciclo biológico del nitrógeno..................................................... 126 Fases del nitrógeno.................................................................. 126 Fases del ciclo del nitrógeno..................................................... 127 Grupos de microbios fijadores de nitrógeno.............................. 129 Fijadores en forma libre........................................................... 129 Fijadores en forma simbiótica................................................... 129 Asociación no simbiótica de organismos................................... 130 Mutualismo.............................................................................. 131 Comensalismo.......................................................................... 131 Factores que afectan la relación simbiótica............................... 132 Ciclo del carbono..................................................................... 133 Descomposición de la materia orgánica.................................... 133 Temperatura del suelo.............................................................. 133 Humedad................................................................................. 134 Cantidad de materia................................................................. 134 Composición del suelo.............................................................. 134 Formación y descomposición del humus.................................. 135 Humus..................................................................................... 135 Interrelaciones microbianas..................................................... 136 Relaciones benéficas o positivas............................................... 137 Interacciones negativas............................................................ 137 Visita de campo........................................................................ 138 Introducción a la Fitopatología................................................. 139 Introducción............................................................................ 139 Enfermedades de las plantas.................................................... 140 Definición de la enfermedad..................................................... 142 Enfermedad............................................................................. 142 Clasificación de las plantas...................................................... 143 Identificación de enfermedades................................................ 144 Percepción del problema........................................................... 144 Determinación de la causa del problema.................................. 145 Planificación de la solución del problema................................. 146 Actividades bioquímicas........................................................... 146 Factores ambientales que influyen en el desarrollo bacteriano.. 149 Requisitos físicos..................................................................... 149 Temperatura............................................................................ 149 Ph ........................................................................................... 150 Presión osmótica...................................................................... 150 Requisitos químicos................................................................. 150 Factores orgánicos de crecimiento............................................ 151 Elaboración de un manual....................................................... 152 Bibliografía y Webgrafía............................................................ 153 Contenido Temático El presente texto de microbiología fue diseñado para favorecer el aprendizaje autónomo del estudiante, en respuesta a los lineamientos del aprendizaje significativo y constructivo, partiendo de la premisa que en la medida que los estudiantes estén en capacidad de aprender a aprender, cuentan con las condiciones necesarias para acceder al conocimiento, mediante la búsqueda y priorización de la información presente en las diversas fuentes bibliográficas. En vista de los grandes y vertiginosos avances en la ciencia y la tecnología es necesario que el estudiante esté en capacidad de recabar información pertinente, para priorizarla en función de las exigencias científicas solicitadas en las temáticas de análisis, en correspondencia con el perfil profesional en el campo de la microbiología, por tal motivo, cada una de las unidades abarcan una determinada parcela del conocimiento científico, con el propósito de consolidad la formación profesional de los futuros egresados. El presente texto cuenta con siete unidades, distribuidas de forma secuencial y en complejidad creciente, en base a la siguiente distribución. La primera Unidad, estudio de la microbiología, se estructura en base a la conceptualización; historia de la microbiología; campos de aplicación de la microbiología; clasificación de los microorganismos en la naturaleza; taxonomía, nomenclatura y clasificación de la microbiología, y, sus respectivas prácticas, los contenidos se han seleccionado, considerando la necesidad que el estudiante se familiarice con el texto y contexto de la microbiología, a partir de su práctica cotidiana y formación académica recibida. [15] 16 Leonor M. Rivera Intriago La segunda Unidad denominada estudio de las bacterias, se ha diseñado a partir de la clasificación morfológica de las bacterias; estructura celular, nutrición, reproducción, fisiología bacteriana; funciones de relación; factores determinantes de la acción patógena; genética bacteriana, antibióticos; clasificación y nomenclatura; bacterias presentes en el suelo; actividades bacterianas del suelo; enzimas del suelo, los contenidos se han priorizado, asumiendo la necesidad que tiene el estudiante de asimilar el contenido científico, en correspondencia con la información científica que requiere su preparación académica. La tercera Unidad trata de métodos de cultivo, se ha delineado en función del concepto e importancia del cultivo; clase de medios de cultivo; técnicas de cultivo (preparación de los medios de cultivo, preservación y mantenimiento de cepas, técnicas de desconocimiento y esterilización); práctica (preparación de los medios de cultivo, esterilización de los medios de cultivo y materiales de vidrio); aplicación de las técnicas de cultivo, los contenidos se han propuesto, partiendo del requerimiento formativo que exigen los estudiantes, contenido científico que debe ser asimilado de forma comprensiva y significativa. La cuarta Unidad denominada hongos y levaduras, en la primera parte analiza las hongos (características generales; importancia; reproducción, morfología, estructura, nutrición, respiración, factores que influyen en la reproducción de los hongos); las levaduras (reproducción, fisiología, estructura, aplicaciones y clasificación), los contenidos se han priorizado, en correspondencia a la formación de los estudiantes. La quinto Unidad denominada virus y ricketsias, que incluye el concepto, origen de los virus, clasificación, morfología, reproducción, especies que afectan, importancia en la agricultura, sintomatología, formas de transmisión, observación de las plantas afectada por virus, los contenidos se ha estructurado, tomando en cuenta los lineamientos del perfil profesional. La sexta Unidad trata sobre la microbiología del suelo, que contiene la siguiente información científica; actividad bioquímica de los microorganismos; ciclo biológico del nitrógeno; fijación biológica del nitrógeno; grupos de microbios fijadores del nitrógeno; asociación simbiótica de organismos, factores que afectan la relación simbiótica; ciclo del Contenido Temático 17 carbono; descomposición de la materia; formación y descomposición del humus; interrelaciones microbiológicas; visita de campo, los contenidos se proyectan a la consolidación formativa de futuro profesional. Para culminar la séptima unidad versa sobre introducción a la fitopatología; enfermedades de las plantas; definición de la enfermedad; clasificación de las plantas; identificación de las enfermedades; actividades bioquímicas; factores ambientales que influyen en el desarrollo bacteriano: elaboración de un manual, los contenidos se proyectan a logar el mejoramiento del perfil profesional. Introducción El antecedente principal del presente texto de microbiología, responde a una necesidad de formación de los estudiantes de las Carreras de Agronomía y Acuacultura, en la medida que contribuye a direccionar el proceso de asimilación cognitivo y metacognitivo de los diferentes contenidos de estudio de su respectivo pensum de estudios. En síntesis se presenta en esta modesta obra, las principales experiencias y conocimientos más significativos aquilatados por la autora en el transcurso de práctica docente, en respuesta a las instancias de interaprendizaje generado en el contacto con los estudiantes a lo largo de dos décadas. La novedad de esta propuesta formativa, se centra en un conjunto de directrices que faciliten a los estudiantes de forma autónoma y guiada acceder al conocimiento desde las diferentes fuentes de información físicas y digitales, en concordancia con las demandas cognitivas propias de su formación profesional. En el presente texto metodológico se establecen un conjunto de tablas o matrices que el estudiante deberá completar, en función de los conocimientos teóricos adquiridos en el aula impartida por la docente, además de las directrices especificadas por la educadora de forma individual y grupal. También el estudiante debe estar en capacidad de recabar información complementaria especializada para contrastarla, la misma que debe ser priorizarla para luego extrapolarla en función de dar respuesta concreta, precisa y con un alto nivel de rigurosidad científica. En el contexto de la microbiología se configuran y reconfiguran una serie de exigencias teóricas y prácticas que sumergen al estudiante [19] 20 Leonor M. Rivera Intriago en un fascinante mundo celular en sus diversas expresiones que el estudiante debe interiorizarlas y diferenciarlas de forma detallada y en respuesta a las condiciones físicas, químicas y ambientales que le rodean en determinadas circunstancias, las mismas que directa e indirectamente influyen en el comportamiento celular. Desde otro contexto incursionar en la microbiología implica comprender la complejidad que encierran las bacterias, virus y hongos, agentes biológicos que cumplen un rol protagónico en el proceso de formación profesional de los estudiantes, por lo tanto interiorizarlos de forma significativa en su real dimensión es la clave nodal, para dar respuesta oportuna en su ejercicio laboral a la serie de contingencias que se le presentan. Se propone con el presente trabajo, evidenciar un esfuerzo intelectual de contribuir a la formación integral de los estudiantes, en pro que todos participen de forma autónoma en el proceso de construcción y reconstrucción del conocimiento, relacionada con la microbiología, de tal manera que de forma sistemática aprendan los alumnos aprender a aprender al tiempo que interiorizan y discriminan conscientemente el cumulo de conocimientos expuestos por la docente y la que existen en las diversas fuentes de consulta físicas y digitales a los que tienen acceso progresivamente. El texto Metodológica por su importancia y enfoque se ha organizado en siete unidades en concordancia con las exigencias cognitivas y metacognitivas de la malla curricular, en función de dar respuestas a cada una de las exigencias científicas, para ello, en primera instancia la educadora expondrá y transferirá cada uno de los contenidos de estudio de las siete unidades, a continuación en base con la finalidad de contrastar con otras fuentes de consulta los conocimientos explicitados por la docente, los estudiantes tienen que recurrir a información especializada de alto rigor científico, con la finalidad de ampliar el texto y contexto de la información de la microbiología que necesita su proceso de formación profesional. Orientaciones Metodológicas para el Estudiante El proceso para la implementación de la Guía Metodológica orientado a contextualizar el proceso de enseñanza aprendizaje de la Microbiología en el aula, se basa en estrategias que integren actividades promotoras de situaciones de aprendizajes significativas que faciliten a los estudiantes no solo a conocer los procesos de la ciencia, sino a recabar información de las diferentes fuentes de consulta físico y digitales en concordancia con las interrogantes propuestas. La presente guía está diseñado por unidades cognitivos de acuerdo al contenido curricular relacionado con la temática central de la Microbiología, acorde con las exigencias del pensum de estudios, por ello se ha establecido una secuencia metodológica que contiene un sinnúmero de tablas auto-formativos con diferentes actividades. Es un documento de apoyo al proceso de enseñanza aprendizaje de la formación profesional de los alumnos. En el aula se produce la interacción teoría-práctica, donde los protagonistas son los estudiantes y el docente. Ahí es donde se produce la construcción y apropiación del conocimiento significativo para: • Organizar los contenidos desde un punto de vista global, basándose en la interdisciplinariedad. • Fomentar el trabajo en equipo. • Hacer uso de las tecnologías. • Propiciar un espacio alternativo de trabajo entre los estudiantes y los docentes. • La evaluación evidencia el logro de los objetivos propuestos, en función de procesos de evaluación diagnóstica, formativa y sumativa que enfatizan en la formación integral y profesional. [21] Estudio de la Microbiología Introducción Los contenidos de la presente unidad relacionada con el estudio de la microbiología, insta al estudiante al análisis de dos conceptos sobre microbiología, para que luego formule uno personal; también le presenta un link sobre la historia de la microbiología orientado a la complementación de un mapa conceptual distribuido en cuatro períodos; en los campos de aplicación de la microbiología le ofrece varios campos, que exige la búsqueda de información relevante relacionado con las características, a continuación le exige al estudiante un proceso de análisis comparativo entre los diferentes tipos de microbiología. Por otro lado, se presenta un organizador gráfico de la clasificación de los microorganismos en la naturaleza, para inmediatamente en base a la priorización de la fuentes bibliográficas debe completar unas matrices: los microorganismos sin organización celular (virus), microorganismos con organización celular (procariotas - bacterias), microorganismos con organización celular (Eucariotas – pluricelulares: Algas unicelulares), microorganismos con organización celular (Eucariotas – unicelulares; protozoos), microorganismos con organización celular (Eucariotas – unicelulares: Levaduras); microorganismos con organización celular (Eucariotas – unicelulares: Mohos). Referente al estudio de las principales características de los microorganismos, se establece varios aspectos relacionados con las características de las bacterias, las levaduras; hongos y protozoos. En cuanto a la taxonomía, nomenclatura y clasificación microbiana se establece una matriz para que complete la descripción, la clasificación microbiana. [23] 24 Leonor M. Rivera Intriago El conjunto de contenidos descritos, tienen la finalidad que el estudiante aprenda o asuma el compromiso de recabar información y priorizarla en función de las exigencias formativas relacionadas con el perfil profesional, contenidos científicos que ofrecen a los estudiantes un nuevo contexto, orientado a que de forma progresiva asimile la información científica. Conceptualización CONCEPTUALIZACIÓN DE MICROBIOLOGÍA AUTOR PERSONAL (En base a los dos conceptos, elabore su propio concepto de microbiología) La microbiología es la ciencia que estudia “los microorganismos en cualquiera de sus aspectos: morfología, estructura y composición química, fisiología, genética, taxonomía y ecología. Además de estudiar otros aspectos colaterales relacionados de su interacción con el hombre tales como, capacidad de producir enfermedades o las aplicaciones biotecnológicas. La Microbiología se ocupa fundamentalmente de los protistas como eucariontes y los grupos procarióticos, constituido por las bacterias y las arqueas, sin dejar de lado a los virus y sus variantes” (YARUBIT, 2014). 1 I '....-,,..._, - '"'r">-' - AUTOR La Microbiología es la ciencia que estudia “los microorganismos en su naturaleza, vida y acción. Etimológicamente, el término tiene un amplio alcance, pero suele utilizarse en sentido estricto para designar determinadas formas microscópicas de vida. Incluye bacterias, rickettsias, virus, levaduras, mohos y protozoarios relacionados con el ser humano y sus actividades, con los animales y plantas, y también con otros microorganismos” (DIVO, 1997). Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Historia de la microbiología Siguiendo el ya clásico esquema de Collard (l976). Elabore un mapa conceptual sobre las cuatro etapas o periodos en el desarrollo de la Microbiología. nota de apoyo: Para elaborar el mapa conceptual, le sugiero revisar el siguiente Link: http://www.biologia.edu.ar/ microgeneral/micro-ianez/01_ micro.htm Enrique Lañez, 17 agosto 1998 Estudio de la Microbiología 25 En el desarrollo de la clase, se expondrá el desarrollo histórico de la microbiología, por lo que a continuación desde la perspectiva de Collard, quien en torno a la temática de estudio, establece cuatro etapas, contenido que tiene la finalidad que los alumnos puedan contrastar los puntos de vista del docente, con la información facilitada, según el siguiente detalle. “La Microbiología, considerada como una ciencia especializada, no aparece hasta finales del siglo XIX. Siguiendo el ya clásico esquema de Collard (l976), podemos distinguir cuatro etapas o periodos en el desarrollo de la Microbiología: 1.- Primer periodo, eminentemente especulativo, que se extiende desde la antigüedad hasta llegar a los primeros microscopistas. 2.- Segundo periodo, de lenta acumulación de observaciones (desde l675 aproximadamente hasta la mitad del siglo XIX), que arranca con el descubrimiento de los microorganismos por Leeuwenhoek (l675). 3.- Tercer periodo, de cultivo de microorganismos, que llega hasta finales del siglo XIX, donde las figuras de Pasteur y Koch encabezan el logro de cristalizar a la Microbiología como ciencia experimental bien asentada. 4.- Cuarto periodo (desde principios del siglo XX hasta nuestros días), en el que los microorganismos se estudian en toda su complejidad fisiológica, bioquímica, genética, ecológica, etc., y que supone un extraordinario crecimiento de la Microbiología, el surgimiento de disciplinas microbiológicas especializadas (Virología, Inmunología, etc.), y la estrecha imbricación de las ciencias microbiológicas en el marco general de las Ciencias Biológicas” (Jiménez, 2013). Para la elaboración del mapa conceptual, el estudiante debe considerar tres aspectos básicos: Palabras claves, orden jerárquico y conectores o nexos, considerando que la finalidad es la interiorización de conocimiento de forma significativa y fortalecimiento de la capacidad cognitiva. 26 Leonor M. Rivera Intriago COMPLETE EL MAPA CONCEPTUAL HISTORIA DE LA MICROBIOLOGÍA PRIMER PERIODO SEGUNDO PERIODO Estudio de la Microbiología 27 COMPLETE EL MAPA CONCEPTUAL HISTORIA DE LA MICROBIOLOGÍA TERCER PERIODO Piensa y Contesta CUARTO PERIODO Cuál de los periodos analizados, considera el más importante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... 28 Leonor M. Rivera Intriago Campos de aplicación de la microbiología Hay muchos campos de aplicación de la Microbiología, algunos de los cuales se enuncian aquí, los mismos que en base al apoyo de textos e internet, escribe de forma concreta, las características generales de cada campo. Microbiología Microbiología Médica Acuática Microbiología del Agua y Drenajes Domesticos Microbiología de los Alimentos Microbiología Microbiología Odontológica Industrial Campos de aplicación de la microbiología Microbiología Evolutiva Microbiología de los Insectos Microbiología Microbiología Clínica Agrícola Microbiología del Microbiología del Microbiología Suelo Aire Veterinaria De forma sucinta se ofrecerá al estudiante información relacionados con algunos de los campos de aplicación de la microbiología, el resto de campos tendrá que recurrir a otras fuentes de consulta, toda vez que en el aula se hace un estudio extensivo de cada campo, el objetivo es que el estudiante pueda contrastar los puntos de vista de la docente con el contenido expuesto y la información recabada. Estudio de la Microbiología 29 Microbiología médica Microbiología Médica “estudia la diversidad de microorganismos patógenos bacterias, virus, hongos y parásitos que son capaces de producir en el hombre enfermedad. La microbiología médica es la ciencia que estudia el diagnóstico etiológico de las enfermedades infecciosas por medio del aislamiento e identificación de los agentes infecciosos, así como la demostración de la respuesta inmunológica en el paciente” (Ecured, 2015). Microbiología de los alimentos “Trata de los procesos en los que los microorganismos influyen en las características de los productos de consumo alimenticio humano o animal. La microbiología de alimentos, por consiguiente, engloba aspectos de ecología microbiana y de biotecnología para la producción” (Navarra, 2015). Microbiología industrial “Está dedicada a la utilización comercial de microorganismos e incluye procesos que tienen gran importancia económica, ambiental y social” (Navarra U. , 2015). Microbiología veterinaria “La bacteriología veterinaria limita su estudio a las bacterias como agentes etiológicos de muchas de las enfermedades infecciosas en los animales; está incluida dentro del campo de la microbiología, esta última es la rama científica de la biología que estudia todo tipo de microbios o microorganismos vivos y no visibles a simple vista, lo que es necesario el uso del microscopio óptico o del electrónico” (Ecured, 2015). 30 Leonor M. Rivera Intriago Microbiología aire “La atmósfera no tiene una microbiota autóctona pero es un medio para la dispersión de muchos tipos de microorganismos (esporas, bacterias, virus y hongos), procedentes de otros ambientes. Algunos han creado adaptaciones especializadas que favorecen su supervivencia y permanencia. Los microorganismos dispersados por el aire tienen una gran importancia biológica y económica” (Atom, 2015). Microbiología suelo “Rama de la microbiología que ha surgido producto del creciente reconocimiento de los numerosos procesos llevados a cabo por las bacterias, hongos y otros microbios en el suelo. Tiene como objetivo estudiar la población microscópica del suelo y su participación en las transformaciones que ocurren en el suelo, además, estudia la importancia que posee esa población para la nutrición de las plantas y el rendimiento de las cosechas” (Ecured C. , 2015). Microbiología clínica “Es una disciplina aplicada de la medicina, que estudia la naturaleza de los microorganismos responsables de enfermedades infecciosas. Entre sus cometidos se encuentra el diagnóstico, la epidemiología (estudio de la propagación de enfermedades), la patogénesis (estudio de los mecanismos moleculares que producen la enfermedad) o la prevención (vacunación y tratamiento con antibióticos)” (Wikillerato, 2015) Microbiología agrícola “Se ocupa de las actividades microbianas que influyen en la producción agrícola, ya sea en sentido beneficioso o perjudicial. Ramas: Fitopatología y Microbiología del suelo” (Ecured C. , 2015). Estudio de la Microbiología 31 Microbiología de los insectos “Muchas enfermedades de las plantas y de los animales son transmitidas por insectos portadores, los cuales es esencial combatir para evitar muchas enfermedades importantes como el paludismo y la fiebre amarilla. Los insecticidas químicos han sido muy eficaces para este fin; sin embargo, su extenso uso ha creado otros problemas, principalmente ecológicos” (Prezi, 2015). Microbiología del agua y drenajes domésticos “El agua para uso doméstico proviene de una de dos principales fuentes: de la superficie, como lagos o ríos, o agua subterránea como la de los pozos, esto se realiza mediante procedimientos químicos y por microorganismos cuyo desarrollo se estimula en las instalaciones del drenaje, en donde digieren y oxidan el material orgánico y destruyen a los patógenos. El tratamiento adecuado de los drenajes evita riesgos para la salud y aparta compuestos dañinos para los peces y otras formas de vida acuática” (Atom .. , 2014). EN BASE A LOS CAMPOS DE APLICACIÓN DE MICROBIOLOGÍA, COMPLETE LA SIGUIENTE TABLA CAMPO Microbiología acuática Microbiología de agua y drenajes domésticos Microbiología de los alimentos Microbiología industrial Microbiología de los insectos CARACTERÍSTICAS GENERALES 32 Leonor M. Rivera Intriago Microbiología agrícola Microbiología veterinaria Microbiología del aire Microbiología del suelo Microbiología clínica Microbiología evolutiva Microbiología odontológica Microbiología médica Piensa y Contesta Cuál de los campos de la aplicación de microbiología analizados, considera el más importante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... ......................................................................... ......................................................................... .......................................................................... 33 Estudio de la Microbiología Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Realice un análisis comparativo entre los siguientes campos de aplicación de la microbiología Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento ANÁLISIS COMPARATIVO Microbiología del suelo Microbiología agrícola Microbiología de la industria Microbiología de los alimentos Microbiología odontológica Microbiología médica Clasificación de los microorganismos en la naturaleza Sin organización celular Microorganismos Virus Procariota Bacterias Algas Unicelulares Con organización celular Unicelulares Protozoos Levaduras Eucariota Pluricelulares Mohos 34 Leonor Rivera M. Rivera Intriago Intriago Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. En base a la siguiente clasificación de los microorganismos y con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas. Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Los contenidos analizados en el aula sobre las características de los virus y la presente información, tiene la finalidad de ampliar el contexto del conocimiento de los alumnos referente a los virus, según el siguiente detalle. Los virus. “Un virus (de la palabra latina virus, toxina o veneno) es una entidad biológica capaz de autorreplicarse utilizando la maquinaria celular, es un agente potencialmente patógeno compuesto por una cápside (o cápsida) de proteínas que envuelve al ácido nucleico, que puede ser adn o arn. Esta estructura puede a su vez estar rodeada por la envoltura vírica, una capa lipídica con diferentes proteínas, dependiendo del virus. El ciclo vital de un virus siempre necesita de la maquinaria metabólica de una célula para poder replicar su material genético, produciendo muchas copias del virus original. En dicho proceso reside la capacidad destructora de los virus, ya que pueden perjudicar a la célula hasta destruirla. Pueden infectar células eucarióticas o procarióticas (en cuyo caso se les llama bacteriófagos, o simplemente fagos). Algunos indicios parecen demostrar que existen virus que infectan a otros virus (llamados viroides). Se puede agrupar las características definitorias de los virus en torno a tres cuestiones: su tamaño, el hecho de que sean cristaliza- Estudio de la Microbiología 35 bles y el hecho de que sean parásitos intracelulares o microcelulares obligados. Estas tres cuestiones colocan a los virus en la frontera entre lo vivo y lo inerte. Tamaño de los virus Los virus son estructuras extraordinariamente pequeñas. Su tamaño oscila entre los 24 nanómetros del virus de la fiebre aftosa a los 300 nanómetros de los poxvirus” (Icarito, 2010). Estructura de los virus “Los virus están constituidos por macromoléculas, las cuales se organizan de tal manera que le confieren sus propiedades biológicas y físico-químicas. Estos componentes moleculares son los siguientes:Ácido nucleico: dna o rna.- Proteínas.- Lípidos.- Hidratos de carbono. Estos componentes se organizan constituyendo las partículas virales. El conjunto de ácido nucleico y proteínas es altamente organizado y recibe el nombre de núcleo cápsula. Esta estructura se ordena de acuerdo a ciertas simetrías, adoptando las siguientes formas: a) EI icosaedro: consiste en un poliedro regular de 20 caras planas triangulares. b) Helicoide: la organización corresponde a una estructura en espiral o hélice. c) Compleja: en este tipo de nucelocápsula no hay una simetría regular” (Pach, 2015). MICROORGANISMOS SIN ORGANIZACIÓN CELULAR: VIRUS MICROORGANISMO Tamaño Estructura CARACTERÍSTICAS 36 Leonor Rivera M. Rivera Intriago Intriago Reproducción Seres vivos que afecta Principales enfermedades en animales Principales enfermedades en plantas Los contenidos tratados en clase por parte de la docente, requieren ser contrastados por los estudiantes en correspondencia con la información presente en distintas fuentes de información y la que se detalla a continuación de forma escuela en torno a las bacterias. Bacterias “Las bacterias son organismos unicelulares microscópicos, sin núcleo ni clorofila, que pueden presentarse desnudas o con una cápsula gelatinosa, aisladas o en grupos y que pueden tener cilios o flagelos. La bacteria es el más simple y abundante de los organismos y puede vivir en tierra, agua, materia orgánica o en plantas y animales. Tienen una gran importancia en la naturaleza, pues están presentes en los ciclos naturales del nitrógeno, del carbono, del fósforo, etc. y pueden transformar sustancias orgánicas en inorgánicas y viceversa. Son también muy importantes en las fermentaciones aprovechadas por la industria y en la producción de antibióticos. Desempeñan un factor importante en la destrucción de plantas y animales muertos. En efecto, la vida en nuestro planeta no existiría sin bacterias, las cuales permiten muchas de las funciones esenciales de los ecosistemas. Una bacteria de tamaño típico es tan pequeña que es completamente invisible a la vista. Estudio de la Microbiología 37 Tipos de bacterias. Las bacterias son muy importantes para el ser humano, tanto para bien como para mal, debido a sus efectos químicos y al rol que juegan en diseminar enfermedades. Las bacterias pertenecen a la clase procariota debido a que su núcleo no está rodeado por una membrana y consiste de una sola molécula de adn cuya división es no-mitótica. En su efecto beneficioso, algunas bacterias producen antibióticos tales como estreptomicina capaces de curar enfermedades” (Profesor, 2015). MICROORGANISMOS CON ORGANIZACIÓN CELULAR: PROCARIOTAS – BACTERIAS MICROORGANISMO Tamaño Estructura Reproducción Clasificación Seres vivos que afecta Principales enfermedades en animales Principales enfermedades en plantas Utilidad para el ser humano CARACTERÍSTICAS Los puntos de vista del docente sobre las algas unicelulares analizadas en clase, exige que el alumno para ampliar sus conocimientos debe contrastarlos con información de otras fuentes de información y la que se detalla a continuación de forma escuela en torno a las algas unicelulares. Las algas unicelulares “Las algas son organismos eucariotas que no tienen raíces, tallos u hojas, pero tienen clorofila y otros pigmentos para llevar a cabo la fotosíntesis. Las algas pueden ser unicelulares o pluricelulares. Las algas unicelulares se presentan con mayor frecuencia en el agua, especialmente en el plancton. El fitoplancton es la población de microorganismos que flotan libremente compuesta principalmente por algas unicelulares. Además, las algas pueden producir en suelos húmedos o en la superficie de las rocas húmedas y de madera. Las algas viven con hongos en los líquenes. De acuerdo con el esquema de Whittaker, las algas se clasifican en siete divisiones, de los cuales cinco son considerados en el reino Protista y dos en el reino Plantae. La célula de un alga con propiedades eucariotas, y algunas especies tienen flagelos con el “9-plus-2”, patrón de los microtúbulos. Un núcleo está presente, y los cromosomas múltiples se observan en la mitosis. La mayoría de las algas son photoautotrophic y llevar a cabo la fotosíntesis. Algunas de las formas, sin embargo, son chemoheterotrophic y obtener energía a partir de reacciones químicas y nutrientes de la materia orgánica preformada. La mayoría de las especies son saprobios, y algunos son parásitos. La reproducción de las algas se produce tanto en forma asexual y sexual. La reproducción asexual se produce a través de la fragmentación de las algas filamentosas o coloniales y por la formación de esporas (como los hongos). La formación de esporas se lleva a cabo por mitosis. La fisión binaria también se lleva a cabo (como en las bacterias). Durante la reproducción sexual, la forma de algas diferenciadas las células sexuales que se fusionan para producir un cigoto diploide con dos juegos de cromosomas. El cigoto se convierte en una espora sexual, que germina cuando las condiciones son favorables para reproducirse y la reforma del organismo haploide tener un único conjunto de cromosomas. Este patrón de reproducción se llama alternancia de generaciones” (Datoanuncios, 2011). Clasificación “De acuerdo al predominio de un determinado tipo de pigmento en sus células, las algas pueden tener varios colores. Por lo tanto, las algas multicelulares comprenden varios colores simultáneamente. Chlorophyceae (Algas verdes). Debido a que tienen pigmento frecuente en sus celdas, las clorofitas son de color verde. Este grupo incluye a muchas especies que son predominantemente acuáticos, y pueden vivir en agua salada y de agua dulce. Rhodophyta (Algas rojas). Las algas rojas tienen suficiente ficoeritrina, aunque también clorofila. Por lo general son algas rojas y macroscópicas, de ámbito marino, pero no son las formas que viven en agua dulce. Los phaeophytes tienen suficiente fucoxantina y son generalmente macroscópicos y marinos. Son algas de coloración parda o marrón. Algunas especies pueden medir más de 50 metros de largo” (Escuelapedia, 2015). MICROORGANISMOS CON ORGANIZACIÓN CELULAR: EUCARIOTAS – PLURICELULARES: ALGAS UNICELULARES MICROORGANISMO Tamaño Estructura Reproducción CARACTERÍSTICAS 40 Leonor M. Rivera Intriago Clasificación Seres vivos que afecta Utilidad para el ser humano Los referentes teóricos tratados en aula por el docente sobre los protozoos, para tener un conocimiento profundo, el alumno debe recurrir a otras fuentes de información y considerar la información que se especifica a continuación de forma sucinta sobre los protozoos. Los protozoos “Los protozoos son células eucariotas simples (organismos cuyas células tienen membrana nuclear) con características del reino animal, ya que son móviles y heterótrofos. El nombre, que proviene del griego proto: primero y zoo: animal, avala la hipótesis de que son los seres vivos más antiguos, que fueron las primeras células que existieron. Debido a su tamaño pequeño y a la producción de quistes que les permiten resistir a las condiciones medioambientales adversas, muchas especies son cosmopolitas (Cairns y Ruthven, 1972), mientras que otras son de distribución limitada. Características generales Pequeños, unicelulares, algunos forman colonias con pocos o numerosos individuos todos iguales; sin simetría o con simetría bilateral, radial o esférica. Forma celular generalmente es constante, ovalada, alargada, esférica u otra, en algunas especies. Núcleo diferenciado, único o múltiple; otras partes estructurales como orgánulos. Locomoción por flagelos, pseudópodos, cilios o movimientos de la propia célula. Algunas especies con cápsulas protectoras o testas; muchas especies Estudio de la Microbiología 41 forman quistes o esporas resistentes para sobrevivir a las condiciones adversas o para la dispersión. De vida libre, comensales, mutualísticos o parásitos. Nutrición variada: Holozoicos, que se alimentan de otros organismos (bacterias, levaduras, algas, otros protozoos, etc.). Saprofititos, que se alimentan de sustancias disueltas en su medio. Saprozoicos, que se alimentan de restos de animales muertos. Holofíticos, también conocidos como autótrofos, es decir, que produce alimento por fotosíntesis (como las plantas). Algunos combinan dos métodos. En la actualidad existen cerca de 50.000 variedades de protozoos. Muchas especies son de vida libre, mientras que otras parasitan al hombre y a los animales (domésticos y salvajes). Las infecciones pueden ser asintomáticas o bien llevar a la muerte, dependiendo de la especie y cepa del parásito, así como de la resistencia del huésped (Yaeger, 1989)” (Alvarez, 2015). Reproducción sexual “Algunos organismos se pueden reproducir de forma asexual, es decir no intervienen las células sexuales. En este caso, una célula hija del progenitor se separa y forma un individuo completo. En este tipo de reproducción un solo progenitor interviene y para lo cual no existen células u órganos reproductores especiales. La reproducción asexual resulta del proceso de división celular o mitosis. De esta división se separan células nuevas de un solo progenitor. Existen varios tipos de reproducción asexual mediante las cuales las características hereditarias de los descendientes son idénticas a las del progenitor, es común en los microorganismos, plantas y animales de organización simple” (Moreno, 2015). Clasificación “Algunos protozoos son inmóviles. Sin embargo la mayoría si tienen movilidad. Los protozoos se movilizan sirviéndose de organoides como los pseudópodos, los flagelos, los cilios y las membranas ondulantes, 42 Leonor M. Rivera Intriago y dependiendo de la presencia de estos organoides los protozoos se pueden dividir en: Clase Rhizopoda (Rizópodos o Sarcodinos) Se caracterizan por la presencia de extensiones deslizantes de citoplasma denominadas seudópodos, que se utilizan en la alimentación y locomoción. Los seudópodos reciben diferentes nombres según su forma y estructura. Todavía es incierto el mecanismo que hace a los seudópodos deslizarse y cambiar de forma, pero es probable que se trate del doblamiento o deslizamiento simultáneo de ciertas proteínas. Clase Mastigophora (Mastigóforos o Flagelados) Son todos los protozoarios que poseen flagelos en su fase adulta. Se les divide por conveniencia en fitoflagelados y zooflagelados. Los Fitoflagelados poseen típicamente cloroplastos y 1 o 2 flagelos, son holofílicos se encuentran muchas formas comunes como Euglena, Chamydomonas, Volvox y Paranema, se encuentran todas las algas microscópicas, la mayoría son de vida libre. Clase Sporozoa (Esporozoarios) Son parásitos obligados de diversos grupos animales. Viven dentro de las células de sus huéspedes (hospedadores), y pueden llegar a ser patógenos. Presentan generalmente alternancia entre fases de reproducción sexual y otras de multiplicación asexual. Clase Ciliophora (Ciliados o cilióforos) Son formas unicelulares, relativamente grandes, con una estructura interna compleja, que hace pensar más en la anatomía de un pequeño animal, cosa que no son, que en una célula. Hay tres características que los definen: Estudio de la Microbiología 43 • Su superficie aparece cubierta de cilios alineados regularmente, con los que se mueven de forma activa y veloz. • Tienen dos núcleos, macronúcleo y micronúcleo, este último reservado para la reproducción sexual, que realizan esporádicamente. • La mayoría realiza la fagocitosis mediante la que se alimentan a través de una zona especializada, hundida, llamada citostoma, es decir, boca celular” (Gomez, 2010). MICROORGANISMOS CON ORGANIZACIÓN CELULAR: EUCARIOTAS – UNICELULARES: PROTOZOOS MICROORGANISMO CARACTERÍSTICAS Tamaño Estructura Reproducción Clasificación Seres vivos que afecta Utilidad para el ser humano En base a los criterios expuestos por el docente sobre las levaduras, los estudiantes tendrán que recabar información en otras fuentes de consulta y con la descripción que se presenta a continuación sobre las levaduras debe contrastarla, de acuerdo a los requerimientos de la matriz o tabla. 44 Leonor M. Rivera Intriago Las levaduras “Las levaduras son hongos unicelulares. La reproducción asexual es normalmente por gemación. Son muy parecidas a bacterias macroscópicamente pero son más cremosas y los olores que presentan son blancos, beiges o un poco más oscuros. Algunas son rosadas o rojas porque tienen carotenoides. Al microscopio se ven células de diferente forma (esférica o alargada) y se debe ver alguna gema (célula con otra al lado o encima). En el interior de la célula grande se ven estructuras. Dentro se pueden ver vacuolas. El núcleo siempre está muy cercano a la zona donde está la gema. A más vieja es la célula, mayor es la vacuola. De ancho tienen 2’5 – 10 mm y de largo 4’5-21 mm. Morfología Suelen ser esféricos, alargados, medida, color, diámetro. Tienen tendencia a depositarse en el fondo del líquido o flotar. Suelen formar cápsula (tinción negativa con tinta china à separación entre la tinta y la célula). La mayoría de las levaduras tienen un ciclo de reproducción asexual por gemación. Algunas tienen una reproducción asexual por fisión binaria. Cuando la célula se separa de la madre, deja una cicatriz. Las gemas se pueden hacer en un determinado polo o a lo largo de toda la superficie. Algunas levaduras tienen gemación unipolar à siempre geman sólo por un polo. Otras levaduras pueden dividirse bipolares o multipolares. Algunas levaduras no separan la célula hija (gema o blastospora o blastoconidio) y forman pseudomicelio. La célula hija va unida y se va alargando” (González, 2015). Estudio de la Microbiología 45 Reproducción “Las levaduras verdaderas pueden reproducirse por esporulación, gemación o fisión. Gemación. Proceso asexual, en el cual la célula progenitora reparte sus constituyentes celulares con una célula hija (sin división del núcleo); las dos células son iguales en su madurez. Esporulación. Proceso de reproducción sexual; en el ciclo sexual, una célula diploide normal (una célula con dos conjuntos de cromosomas y por consiguiente con dos dotaciones de genes) da lugar a dos ascas o células esporogéneas, que contienen cuatro ascosporas haploides (más fácil: células con una sola dotación cromosómica y de genes). Fisión. Reproducción vegetativa o asexual, semejante al proceso reproductor de las bacterias. Las células aumentan de tamaño y se alargan, el núcleo se divide y se originan dos células semejantes” (Cardona, 2015). MICROORGANISMOS CON ORGANIZACIÓN CELULAR: EUCARIOTAS – UNICELULARES: LEVADURAS MICROORGANISMO Tamaño Estructura Reproducción Clasificación Seres vivos que afecta Utilidad para el ser humano CARACTERÍSTICAS 46 Leonor M. Rivera Intriago Los conocimientos analizados de forma ampliada por el docente en aula con los estudiantes sobre el moho a nivel individual y grupal, requiere que los alumnos recopilen información variada de atrás fuentes de consulta y al contrastarla con la información que se describe a continuación debe cubrir las exigencias de las matrices o tablas. Los mohos “Los hongos se agrupan en el reino Fungi. Son organismos heterotróficos y osmotróficos, con quitina o quitosano en la pared celular. Los oomicetos, cuya pared contiene celulosa, se encuentran en el reino Straminipila (1). Si un hongo es filamentoso se llama moho y cuando es una célula aislada se dice levadura. Los filamentos que constituyen el micelio reciben el nombre de hifas. Las hifas pueden estar separadas en secciones generalmente multinucleadas por medio de septos perforados, o bien carecer de éstos. La pared celular del micelio de los mohos semeja un extenso sistema tubular por el que avanza el citoplasma para su dispersión y búsqueda de nutrientes. Los mohos se reproducen asexualmente en la mayoría de los casos y las estructuras sexuales sólo aparecen cuando las circunstancias son favorables o se encuentran micelios de distinta polaridad. Los hongos anamórficos generan esporas asexuales por mitosis, que tienen diversa forma y son mono o pluricelulares. La morfología de las estructuras que producen las esporas es muy variable. El color de la mayoría de los mohos se debe a sus esporas asexuales, las que suelen desarrollarse en el extremo de unas estructuras especializadas que se extienden en el aire a partir del micelio, conocidas como esporóforos. Las esporas pueden estar encerradas en un esporangio o ser externas (conidios). Los conidióforos generan esporas solitarias o en cadena. A veces están agrupados en un haz (coremio) o sobre un conjunto de hifas entrelazadas (acérvula, esporodoquio) o dentro de un conidioma” (Carrillo, 2011). “Clases de hongos superiores -Ascomicetes: Esta clases se debe al hecho de que las esporas se forman dentro de estructuras en forma de pequeños sacos llamados ascas Basidiomicetes La mayoría se encuentran en los bosques, como los hongos comestibles y venenosos Estudio de la Microbiología 47 Champiñón amanitas etc. Las esporas se forman en el exterior de una estructura en forma de masa. Hongos inferiores Se dividen en dos reinos:Oomicofitos U Oomicotes que presentan una sola clase oomicetes integrada por hongos en su mayoría miceliales que se les conoce como mohos acuáticos Los zigomicofitos Incluye la clase zigomicetes integrada: mohos” (Flores, 2015). MICROORGANISMOS CON ORGANIZACIÓN CELULAR: EUCARIOTAS – UNICELULARES: MOHOS MICROORGANISMO CARACTERÍSTICAS Tamaño Estructura Reproducción Clasificación Seres vivos que afecta Utilidad para el ser humano Piensa y Contesta Porque los mohos son importantes en los ecosistemas: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... 48 Leonor M. Rivera Intriago Estudio de las principales características de los microorganismos Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. En base a las características de los siguientes microorganismos y con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas. Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Bacterias Cultivo “Uno de los sistemas más importantes para la identificación de microorganismos es observar su crecimiento en sustancias alimenticias artificiales preparadas en el laboratorio. El material alimenticio en el que crecen los microorganismos es el Medio de Cultivo y el crecimiento de los microorganismos es el Cultivo. Se han preparado más de 10.000 medios de cultivo diferentes. Para que las bacterias crezcan adecuadamente en un medio de cultivo artificial debe reunir una serie de condiciones como son: temperatura, grado de humedad y presión de oxígeno adecuado, así como un grado correcto de acidez o alcalinidad. Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento necesarios y debe estar exento de todo microorganismo contaminante. La mayoría de las bacterias patógenas requieren nutrientes complejos similares en composición a los líquidos orgánicos del cuerpo humano. Por eso, la base de muchos medios de cultivo es una infusión de extractos de carne y Peptona a la que se añadirán otros ingredientes” (Danival, 2015). Estudio de la Microbiología 49 Morfología “La morfología de las bacterias ha sido un gran tema de discusión e investigación en la comunidad científica. La mayoría de las especies de bacterias son o esféricas (las llamadas cocos) o en forma de barra (llamadas bacilos). La elongación está relacionada con su capacidad de nadar. Hay otras formas de bacterias, como por ejemplo algunas en forma de barra son más bien curvadas, o algunas otras pueden tener forma de espiral o también enrolladas. La morfología de algunas otras especies pueden llegar a ser cuboidal o tetraédrica. Todos estos tipos diferentes de formas de bacterias son determinados por sus muros celulares y sus citoesqueletos, y sus formas son tan importantes que determinan su capacidad de sobrevivir y conseguir nutrientes” (Domínguez, 2015). Metabolismo “El metabolismo es el conjunto de procesos por los cuales un microorganismo obtiene la energía y los nutrientes (carbono, por ejemplo) que necesita para vivir y reproducirse. Los microorganismos utilizan numerosos tipos de estrategias metabólicas distintas y las especies pueden a menudo distinguirse en función de estas estrategias. Las características metabólicas específicas de un microorganismo constituyen el principal criterio para determinar su papel ecológico, su responsabilidad en los ciclos biogeoquímicos y su utilidad en los procesos industriales” (Wikipedia .. , 2015). Genética “Cualquier organismo está determinado por su material genético y su interacción con el medio ambiente que selecciona, activa, reprime o cambia el material genético. Las bacterias poseen un genotipo que transmiten por herencia y un fenotipo que depende de las circunstancias que les rodean. Las 50 Leonor M. Rivera Intriago bacterias sufren variaciones en sus caracteres y son de dos tipos; fenotípicas o adaptaciones y genotípicas (mutaciones, fenómenos de transferencia, elementos transponibles, integrones). El estudio de la genética bacteriana, atendiendo a los dos aspectos anteriores, permite entender mejor las funciones esenciales de su material genético y las características que rigen su comportamiento, su capacidad de adaptación al medio ambiente, la expresión de mecanismos de virulencia que les permite colonizar, invadir, y dañar células eucariotas, y como consecuencia, el desarrollo de un gran espectro de enfermedades clínicas” (Taringa, 2015). BACTERIAS CARACTERÍSTICAS DESCRIPCIÓN Características de cultivo Características Morfológicas Características Metabólicas Características de la composición bioquímica Característica de la composición antigénica Características genéticas Los contenidos por el docente analizados sobre las levaduras, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Estudio de la Microbiología 51 Levaduras “Las levaduras se han definido como hongos microscópicos, unicelulares, la mayoría se multiplica por gemación y algunas por escisión. Este grupo de microorganismos comprende alrededor de 60 géneros y unas 500 especies. Las levaduras son los agentes de la fermentación y se encuentran naturalmente en la superficie de las plantas, el suelo es su principal hábitat encontrándose en invierno en la capa superficial de la tierra. En verano, por medio de los insectos, polvo y animales, son transportados hasta el fruto, por lo que su distribución se produce al azar” (Amora, 2015). Características morfológicas “Los caracteres morfológicos de las levaduras se determinan mediante su observación microscópica. Además, los criterios morfológicos se basan en el modo de reproducción vegetativa de la morfología celular, de la formación de pseudomicelio y de micelio. La forma de la levadura puede ser desde esférica a ovoide, en forma de limón, piriforme, cilíndrica, triangular, e incluso alargada formando un verdadero micelio o un falso micelio” (Amora, 2015). Reproducción “La mayoría de las levaduras se reproducen por gemación multicelular o por gemación polar, que es el mecanismo en el cual una porción del protoplasma sobresale de la pared de la célula y forma una protuberancia, la cual aumenta de tamaño y se desprende como una nueva célula de levadura. La reproducción sexual de las levaduras verdaderas (Ascomycotina) da lugar a la producción de ascosporas, desempeñando la función de asca, la propia célula de la levadura” (Amora, 2015). 52 Leonor M. Rivera Intriago Características de cultivo “En la mayoría de los casos, el crecimiento en masa de las levaduras no resulta apropiado para su identificación. En los cultivos con agar, es difícil diferenciar las colonias de levaduras de las colonias bacterianas, por lo que la observación microscópica es la única forma segura que existe para poderlas diferenciar. La mayoría de las colonias jóvenes de levaduras son húmedas y algo mucosas, y es posible que tengan aspecto harinoso. La mayoría de las colonias son blanquecinas, algunas tienen un color crema o rosado. Algunas colonias cambian poco de aspecto cuando envejecen, otras se secan y se vuelven rugosas” (Amora, 2015). Propiedades fisiológicas “Las distintas especies de levaduras pueden ser muy diferentes en cuanto a su fisiología, la mayoría necesita más humedad para crecer y desarrollarse. El intervalo de temperatura de crecimiento de las levaduras es en general, parecido al de los hongos, con una temperatura óptima en torno a los 25 a 30ºC y una temperatura máxima en torno a los 35 a 47ºC” (Amora, 2015). LEVADURAS CARACTERÍSTICAS Características de cultivo Características Morfológicas Características Metabólicas Características de la composición bioquímica DESCRIPCIÓN Estudio de la Microbiología 53 Característica de la composición antigénica Características genéticas Los contenidos por el docente analizados sobre las levaduras, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Los hongos “Los hongos poseen características muy particulares que los hacen diferentes de las plantas, ya que no elaboran su propio alimento mediante la fotosíntesis como ellas sino que viven a expensas de otros organismos, vivos o muertos. También se diferencian de los animales porque no poseen la capacidad de desplazarse o moverse sobre el medio o superficie en que crecen. Constituyen un grupo de seres vivos que pueden estar formados por una sola célula (unicelulares) o por muchas (pluricelulares). Los hongos se originan a partir de esporas, que son células especializadas que tienen la misma función que las semillas en las plantas. Cuando las esporas encuentran las condiciones adecuadas de humedad, temperatura, luz y nutrientes, entre otras, germinan y producen hifas, que son unas estructuras filamentosas que constituyen la unidad estructural fundamental de la mayoría de los hongos. Las hifas se ramifican y forman una masa algodonosa llamada micelio, que se extiende sobre el medio o superficie (como tierra o madera, entre otros) y produce los cuerpos fructíferos. En realidad, el hongo lo constituye el micelio, y los cuerpos fructíferos son el equivalente de los frutos en un árbol. Los hongos juegan un papel muy importante dentro de sus hábitats naturales, ya que al ser organismos descomponedores y reciclar gran 54 Leonor M. Rivera Intriago cantidad de desechos orgánicos pueden transformar la materia muerta, devolviendo al medio ambiente elementos y sustancias asimilables por otros seres vivos como plantas y animales, lo cual permite el flujo de energía y nutrientes a través de los ecosistemas naturales. También forman asociaciones de beneficio mutuo (simbiosis) con las raíces de algunas plantas; a esta asociación se le llama micorriza. Como resultado, el hongo absorbe carbohidratos de las raíces, que a su vez obtienen del hongo elementos químicos como nitrógeno y fósforo, necesarios para su crecimiento. Entre las algas y algunas especies de hongos se da otro tipo de asociación simbiótica, ya que mediante ésta se crean los líquenes, que son organismos totalmente diferentes a las plantas y a los mismos hongos. Debido a que poseen una capacidad extraordinaria de adaptarse y desarrollarse sobre cualquier medio o superficie, tanto terrestre como acuática, no sólo en bosques sino en ciudades y otros ambientes humanos, los hongos se pueden encontrar por todo el mundo y en todos los medios. Poseen la capacidad de crecer tanto en ambientes naturales, como en tela, cuero, plástico, hule, metales, vidrio, papel, carbón, alimentos o cualquier otra sustancia o residuo. Por ello, en algunos casos pueden resultar muy destructivos, como por ejemplo cuando atacan alimentos almacenados o cultivos de valor económico o causan enfermedades en plantas o animales, incluyendo humanos. Sin embargo, los hongos tienen gran importancia para la medicina, la alimentación y la industria” (Inbio, 2015). HONGOS CARACTERÍSTICAS Características de cultivo Características Morfológicas Características Metabólicas DESCRIPCIÓN Estudio de la Microbiología 55 Características de la composición bioquímica Característica de la composición antigénica Características genéticas La información sobre los protozoos, ya fue expuesta en páginas precedentes del presente texto, lo cual sumado a la información que recabe de otras fuentes de consulta, le facilitará dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. PROTOZOOS CARACTERÍSTICAS Características de cultivo Características Morfológicas Características Metabólicas Características de la composición bioquímica Característica de la composición antigénica Características genéticas DESCRIPCIÓN 56 Leonor M. Rivera Intriago Taxonomía, nomenclatura y clasificación microbiana Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. En respuesta a la taxonomía, nomenclatura y clasificación microbiana y con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas. Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento La información facilitada por el educador en el desarrollo de la clase sobre la taxonomía microbiana, las indagaciones realizadas en otras fuentes de consulta, le permitirán al alumno profundizar y dar respuesta a las demandas de las matrices o tablas. Taxonomía “Taxonomía: (taxis = orden, rango). Es la rama de la biología que se ocupa de la clasificación de los seres vivos. Las especies como unidades de clasificación Una especie constituye un grupo de individuos (o poblaciones clonales, en el caso de los microorganismos) que presentan un grado elevado de semejanza fenotípica, siendo, al mismo tiempo, claramente diferenciable de los integrantes de otros conjuntos del mismo tipo general. Cada conjunto de individuos muestra un cierto grado de diversidad fenotípica interna a causa de la variación genética. Por lo tanto, es la capacidad de apreciación científica la que permite decir que grado de similitud fenotípica pueden justificar el dividir un determinado conjunto en dos o más especies, o dicho de otra forma, que grado de diversidad interna es admisible dentro de una especie. Estudio de la Microbiología 57 Las opiniones sobre esta cuestión son muy distintas, de ahí que los propios taxónomos clasifican en términos generales en dos grupos: • Los unificadores> que fijan límites amplios a cada especie y • Los disgregadores> que distinguen unas especies de otras por motivos más sutiles” (Puigdomenech, 2015). TAXONOMÍA ACTIVIDAD DESCRIPCIÓN Consulte el concepto de taxonomía de un texto. Consulte el concepto de taxonomía de la web. En base a los dos conceptos, elabore su propio concepto. Los contenidos abordados por el docente en clase sobre la nomenclatura microbiana, sumado a la investigación bibliográfica y la información que se presenta a continuación, el alumno dispone de los presupuestos teóricos para cubrir las demandas de las matrices o tablas. Nomenclatura “Es importante diferenciar entre taxonomía y nomenclatura, ya que nomenclatura es únicamente darle el nombre al organismo luego que se ha completado el trabajo taxonómico. Para nombrar las bacterias se usa el esquema binomial en el cual el nombre de la bacteria está constituido por 2 palabras; la primera es una palabra en latín o latinizada, que se escribe con la primera letra en mayúscula e indica el género, usualmente esta palabra proviene del nombre del descubridor u otro científico relacionado o describe la morfología del microorganismo. La segunda palabra indica la especie, se escribe con minúscula, y es usualmente descriptivo refiriéndose al color, origen, patogenicidad, etc.” (Tate, 2015). 58 Leonor M. Rivera Intriago NOMENCLATURA MICROBIANA ACTIVIDAD DESCRIPCIÓN En base a la bibliografía sugerida por el docente, enuncie los aspectos más importantes que se consideran en la nomenclatura microbiana Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento La información sobre la clasificación microbiana expuesta por el docente en el aula, sumado a la indagación en otras fuentes de consulta y la información expuesta, facilitarán al alumno responder a las exigencias de las matrices o tablas. “La taxonomía de los microorganismos se refiere a las formas de clasificación con sus respectivos métodos. La taxonomía se encarga de la clasificación, identificación y nomenclatura de los organismos. La clasificación se relaciona con la agrupación de los organismos en grupos o taxones en función de semejanzas mutuas o del parentesco evolutivo –filogenia” (upc, 2015). Estudio de la Microbiología 59 CLASIFICACIÓN MICROBIANA ACTIVIDAD MAPA CONCEPTUAL De acuerdo a las directrices del docente, la bibliografía especificada, elabore un mapa conceptual sobre la clasificación microbiana Piensa y Contesta Qué fue lo más relevante que aprendiste hoy: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Práctica: Observación de microorganismos microscópicamente Revisar el manual de Prácticas de María de los Ángeles Aquiahanutl Ramos y María de Lourdes Chabela, sugerido por la docente. Práctica: materiales y equipos utilizados en microbiología Revisar el manual de Prácticas de María de los Ángeles Aquiahanutl Ramos y María de Lourdes Chabela, sugerido por la docente. Práctica: Métodos de esterilización Revisar el manual de Prácticas de María de los Ángeles Aquiahanutl Ramos y María de Lourdes Chabela, sugerido por la docente. Estudio de las Bacterias Introducción El desglose de los contenidos de esta unidad que resalta el estudio de las bacterias, exhorta a los alumnos a realizar una clasificación morfológica de las bacterias, en función de la descripción de la estructura celular, nutrición, reproducción, fisiología bacteriana, las funciones de relación, factores determinantes de la acción patógena, condiciones físicas para el crecimiento, la curva de crecimiento, genética bacteriana y antibióticos; por otro lado se presenta una clasificación desde lo fenotípico y filogenético; respecto a la nomenclatura de las bacterias en donde se presenta un determinado tipo de nomenclatura, con la finalidad que los estudiantes establezcan la nomenclatura de 10 bacterias conocidas; en torno a las bacterias presentes en el suelo, se sugiere un análisis desde el género y la importancia a partir de las que degradan, nitrificantes, desnitrificantes, fijan el N2, sulfuro y filamentosas de hierro, a continuación le requiere que el estudiante describa la actividad de 5 tipos de bacterias conocidas. Referente a las enzimas del suelo, por lo que se inicia el desarrollo de una conceptualización, su función y su importancia; también le exige la caracterización de: Enzimas Oxidoreductasas (deshidrogenasas, catalasas y peroxidasas), enzimas Óxidoreductasas (deshidrogenasas, catalasas y peroxidasas), enzimas extracelulares e intracelulares, finalmente se le solicita al estudiantes en base a las actividades desarrollas, resaltar la importancia de las enzimas en el desarrollo de las bacterias. [61] 62 Leonor M. Rivera Intriago Los diferentes contenidos que estructuran la presente unidad, facilitan a los estudiantes la interiorización de la información solicitada en las diferentes matrices que contribuyen al desarrollo de trabajos guiados, procesos que permiten la discriminación de la información en torno a la clasificación de la bacterias y las enzimas del suelo relacionadas con las bacterias, cada uno de los contenidos, guardan correlación directa con los lineamientos formativos del perfil profesional, con lo cual se asegura el dominio científico de los contenidos de estudio analizados al interior del aula, los mismos que son reforzados en caso en base a la búsqueda de información relevantes en las diferentes fuentes de consulta bibliográfica y digital. Clasificación Morfológica de las Bacterias Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza los aspectos de clasificación morfológica de las bacterias con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas. Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Los contenidos por el docente analizados sobre la clasificación morfológica de las bacterias, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Estudio de las Bacterias 63 Las bacterias “Las bacterias, como el resto de los seres vivos, necesitan una fuente de carbono para poder sobrevivir. El origen de esta fuente de carbono sirve como criterio de clasificación para las bacterias. Además, se necesita una fuente de energía que sirva para poder construir sus propias moléculas; el tipo de fuente de energía utilizada también sirve como criterio de clasificación. Otro criterio de clasificación de las bacterias es el medio en el que podemos encontrarlas: Saprófitas: bacterias que degradan materia orgánica en descomposición. Cumplen un papel esencial en el ciclo del carbono. Simbióticas: bacterias asociadas a otro ser vivo. Esta relación genera un beneficio mutuo. Un ejemplo de estas bacterias son las bacterias de la flora intestinal que producen vitamina K. El hospedador, es decir, el individuo al que parasita, le otorga a cambio, energía en forma de materia orgánica y un medio apropiado para vivir. Comensales: bacterias asociadas a otro ser vivo, sin desprenderse de esta relación, ni un beneficio, ni un perjuicio para el hospedador. Ejemplo de este tipo de bacterias podemos encontrarlo en las bacterias que viven sobre nuestra piel, alimentándose de células descamadas. Muchas bacterias de este tipo son bacterias oportunistas, ya que pueden causar enfermedad en el hospedador cuando sufre una depresión en el funcionamiento de su sistema inmune. La bacteria Escherichia coli puede ser una bacteria considerada como simbiótica, comensal u oportunista, según su efecto. Parásitas: bacterias que sobreviven a expensas de otro ser al que causan un perjuicio. Ejemplo de este tipo de bacterias sería cualquiera de ellas que nos produzca una enfermedad. Otro criterio de clasificación de bacterias hace referencia al consumo de oxígeno: Bacterias aerobias: son aquellas que necesitan oxígeno para su metabolismo. Realizan la oxidación de la materia orgánica en presencia de oxígeno molecular, es decir, realizan la respiración celular. Bacterias anaerobias: son aquellas que no utilizan oxígeno molecular en su actividad biológica. La obtención de energía la realizan mediante catabolismo fermentativo. Se pueden distinguir dos grupos dentro de ellas: 64 Leonor M. Rivera Intriago Bacterias anaerobias facultativas: pueden vivir en ambientes con oxígeno o sin él. Bacterias anaerobias estrictas: sólo pueden sobrevivir en ambientes carentes de oxígeno. Como ejemplo, Clostridium, causante del tétanos” (Recursos, 2015). CLASIFICACIÓN MORFOLÓGICA DE LAS BACTERIAS ACTIVIDAD Estructura celular Nutrición Reproducción Fisiología bacteriana Funciones de relación Factores determinantes de la acción patógena Condiciones físicas para el crecimiento Curva de crecimiento Genética bacteriana Antibióticos DESCRIPCIÓN Estudio de las Bacterias Piensa y Contesta 65 Cuál de los aspectos analizados te ofrece mayor información sobre las características morfológicas de las bacterias: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Clasificación y Nomenclatura Clasificación Los conceptos que se presentan a continuación, son tomados de:(Tema 13 jffg.pdf. Universidad Complutense de Madrid) Clasificación: Es la ordenación o reestructuración de los organismos en grupos o taxones (dominio o imperio, clase, orden, familia, género o especie) en función de semejanzas mutuas o de parentesco evolutivo. fenotípica: semejanzas o similitudes en el fenotipo que presentan las bacterias en el momento actual, sin referencias a posibles consideraciones evolutivas. filogenética: Se basa en el establecimiento de relaciones evolutivas más que en semejanzas generales En base a la clasificación Fenotípica y Filogenética, establezca la clasificación con sus respectivos gráficos, puede basarse en los siguientes gráficos: --- --- ·- '""""""" .... -· Veterinaria-Microbiología (Tema 13 JFFG.pdf. Universidad Complutense de Madrid) 66 Leonor M. Rivera Intriago Establezca la clasificación Fenotípica y su respectivo gráfico Nota: En caso de faltar espacio puede incluir una hoja adicional. Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Estudio de las Bacterias 67 Establezca la clasificación Filogenética y su respectivo gráfico Nota: En caso de faltar espacio puede incluir una hoja adicional. Piensa y Contesta Cuál de los aspectos analizados en la clasificación fenotípica y filogenética te ofrece mayor información: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... 68 Leonor M. Rivera Intriago Nomenclatura Parte de la taxonomía que trata de asignar un nombre científico a los grupos taxonómicos de acuerdo con criterios y normas preestablecidas y admitidas internacionalmente. Es importante diferenciar entre taxonomía y nomenclatura, ya que nomenclatura es únicamente darle el nombre al organismo luego que se ha completado el trabajo taxonómico. (Tomado del tema 13 jffg.pdf. Universidad Complutense de Madrid) Para nombrar las bacterias se usa el esquema binomial en el cual el nombre de la bacteria está constituido por 2 palabras; la primera es una palabra en latín o latinizada, que se escribe con la primera letra en mayúscula e indica el género, usualmente esta palabra proviene del nombre del descubridor u otro científico relacionado o describe la morfología del microorganismo. La segunda palabra indica la especie, se escribe con minúscula, y es usualmente descriptivo refiriéndose al color, origen, patogenicidad, etc. Ejemplo: Bacillus subtilis ↓ ↓ Género Especie Nombre común Nombre científico l Carbunco (Bacillus antharacis) 2 Botulismo (Clostridium botulinum) 3 Tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis) 4 Disentería bacilar (Shigelladysenteriae) 5 Fiebre paratifoidea (Salmonella paratyphi) 6 Fiebre tifoidea (Salmonella typhi) 7 Gonorrea (Neisseria gonorrhoae) 8 Meningitis meningocócica (Neisseria meningitidis) 9 Salmonela (Salmonellatyphimurium) 10. Neumonía (Streptococcus pneumoniae) 11. Sífilis (Treponema pallidum) 12. Tifus epidémico (Rickettsia prowazekii) Estudio de las Bacterias 69 Considerando lo expresado, establezca la nomenclatura de 10 bacterias de mayor relevancia en su proceso de formación N° BACTERIA GÉNERO ESPECIE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Bacterias Presentes en el Suelo Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza las principales bacterias presentes en el suelo en nuestro medio de preferencia, de acuerdo a las siguientes prescripciones establecidas en las siguientes tablas Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento 70 Leonor M. Rivera Intriago GRUPO DE BACTERIAS Bacterias que degradan Bacterias nitrificantes Bacterias desnitrificantes Bacterias que fijan el N2 Bacterias sulfuro Bacterias filamentosas de hierro GÉNERO IMPORTANCIA Estudio de las Bacterias 71 Actividades de las Bacterias en el Suelo Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Los conocimientos desarrollados por el docente en clase, sobre las actividades de las bacterias en el suelo, la investigación bibliográfica complementaria y los contenidos expuestos a continuación, le permitan al estudiante cubrir las demandas de las matrices o tablas. Actividades Bacterianas “La importancia que hoy en día está adquiriendo la determinación de la Actividad Microbiana de suelos, mediante parámetros bioquímicos tales como las actividades enzimáticas de suelos, así como de aquellos relacionados con la biomasa microbiana, es cada vez mayor en los estudios avanzados de la Ciencia del Suelo, puesto que sin su ayuda sería imposible llegar a entender la funcionalidad de dicho suelo; su medida dará idea de su actividad metabólica, y esto es esencial para que ese suelo realice sus funciones de manera correcta. La actividad metabólica es la responsable en un suelo de procesos, por ejemplo, tan importantes como los de mineralización y humificación de su materia orgánica, lo cual incide sobre otra serie de procesos en que se ven incluidos elementos fundamentales en el suelo (C, N, P y S), así como todas las transformaciones en que interviene la biomasa microbiana de dicho suelo. Su determinación puede ser útil en estudios que se lleven a cabo sobre suelos naturales, donde los procesos microbianos, claves para su conservación y degradación ambiental pueden monitorizarse a través de parámetros de la actividad metabólica de dicho suelo” (González I. , 2009). 72 Leonor M. Rivera Intriago DESCRIBA LA ACTIVIDAD QUE REALIZA EN EL SUELO, 5 TIPOS DE BACTERIAS TIPO DE BACTERIA ACTIVIDAD QUE REALIZA Enzimas del Suelo Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Los contenidos desarrollados por el docente sobre las enzimas en el suelo en el proceso de enseñanza aprendizaje, sumado a la recabación de información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación, con la cual al contrastarla le facilita dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Enzimas en el suelo “En una reciente aportación de Salvador González Carcedo (Salva) a esta weblog ya se mencionaba que la mayor parte de las transformaciones de las moléculas orgánicas transcurre en la solución del suelo. En efecto, muchos de los compuestos orgánicos son insolubles en agua, por lo que resultan difícilmente accesibles a los ataques enzimáticos intracelulares de los microorganismos. En ese escenario entran en Estudio de las Bacterias 73 juego las enzimas extracelulares o exobiónticas, denominadas así por J. Skujins, uno de los pioneros en los estudios sobre enzimología del suelo. Hasta el momento se han ensayado más de setenta actividades de enzimas extracelulares del suelo, pero es sólo cuestión de tiempo que nuevos ensayos hagan aumentar considerablemente la lista. Las transformaciones en el suelo de los componentes orgánicos no se realizan exclusivamente por procesos enzimáticos, sino que también tienen lugar procesos abióticos, aunque mucho más minoritarios. La “ventaja” de los procesos enzimáticos reside en su capacidad de proporcionar a los microorganismos la energía que se libera al final de la reacción” (Ibañez, 2009). ENZIMAS DEL SUELO CONCEPTO FUNCIÓN IMPORTANCIA PRINCIPALES ENZIMAS DEL SUELO Enzimas Enzimas Oxidoreductasas (deshidrogenasas, catalasas y peroxidasas) Enzimas Hidrolasas (sobre todo fosfatasas, proteasas y ureasa). Enzimas Extracelulares Enzimas Intracelulares Enzimas inmovilizadas Características Función Importancia 74 Leonor M. Rivera Intriago Piensa y Contesta Cuál de los contenidos tratados sobre las enzimas del suelo, considera como el más relevante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Práctica: Cultivo de Bacterias. Revisar el manual de Prácticas de María de los Ángeles Aquiahanutl Ramos y María de Lourdes Chabela, sugerido por la docente. Métodos de Cultivo Introducción Los contenidos de la presente unidad se centra en los métodos de cultivo: el concepto e importancia de cultivo; clases de medios de cultivo; clasificación de los medios de cultivo según: estado físico, utilización, composición. Cultivos puros y mixtos; técnicas de cultivo; preparación de los medios de cultivo; preparación de medios de cultivo: conceptualización y caracterización, clasificación de acuerdo a la constitución de sus componentes; clasificación de acuerdo al uso del medio: medios de enriquecimiento, medios selectivos, medios diferenciados; condiciones generales para el cultivo de microorganismos: Disponibilidad de nutrientes adecuados, consistencia adecuada al medio, presencia o ausencia de oxígeno y otros gases, componentes de los medios de cultivo; preservación y mantenimiento de cepas: por congelación: Edad de las células, velocidad de la congelación, temperatura de almacenamiento, empleo de agentes crioprotectores; por liofilización: Tipo de microorganismo, concentración celular, temperatura durante la sublimación; grado de deshidratación; atmósfera del tubo; métodos alternativos; métodos restringidos; desecación en papel filtro; desecación en suelo, arena, desecación en bolitas de alginato, entre otros contenidos de análisis. Referente a las técnicas de descontaminación y esterilización: descontaminación, esterilización, limpieza, asepsia, desinfección, todo ello con la finalidad de tener un espectro amplio y complejo de la preparación de los medios de cultivo, dentro de los microrganismos. [75] 76 Leonor M. Rivera Intriago Los diferentes contenidos que estructuran la presente unidad, facilitan a los estudiantes la interiorización de la información solicitada en las diferentes matrices que contribuyen al desarrollo de trabajos guiados, procesos que permiten la discriminación de la información en torno a la clasificación de la bacterias y las enzimas del suelo relacionadas con las bacterias, cada uno de los contenidos, guardan correlación directa con los lineamientos formativos del perfil profesional, por lo tanto los contenidos facilitan a los estudiantes tener contexto más amplio, situación que contribuye el desarrollo cognitivo y metacognitivo de los alumnos de forma sistémica y crítica. Concepto e Importancia de Cultivo Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza los aspectos relacionados con la importancia de las bacterias en base a información pertinente, complete las siguientes tablas. Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Los conocimientos expuestos por la docente en clase sobre el cultivo de las bacterias, requiere que el alumno indague en otras fuentes de consulta nuevos contenidos y sumado a la información que se puntualiza a continuación, le facilitará contrastarla y cubrir las exigencias de las matrices o tablas. Importancia del cultivo de bacterias “El cultivo de microorganismos consiste en proporcionarles las condiciones físicas, químicas y nutritivas adecuadas para que puedan Métodos de Cultivo 77 multiplicarse de forma controlada. En general, podemos distinguir cultivos líquidos y sólidos en función de las características del medio y cultivos discontinuos y continuos en función de la disponibilidad de nutrientes en el medio. Un microorganismo necesita para crecer nutrientes que le aporten energía y elementos químicos para la síntesis de sus constituyentes celulares. Dependiendo de la fuente de carbono que utilizan, los microorganismos se pueden clasificar en autótrofos si es el CO2 atmosférico (microorganismos que fotosintetizan) y heterótrofos si utilizan carbono orgánico. La elaboración de medios de cultivo requiere proporcionar los elementos antes citados en una forma asimilable. Así, por ejemplo, el C debe estar en forma de carbono orgánico para los heterótrofos y como CO2 para los autótrofos, el N en forma de NH4, de NO3 o de NO2 o en forma de aminoácidos a los que se pueda tomar su grupo amino. Además, en ciertos casos, es necesario añadir a los medios de cultivo algunos aminoácidos o vitaminas que determinados tipos de microorganismos no pueden sintetizar. Los medios de cultivo se pueden clasificar en definidos cuando su composición química se conoce totalmente y complejos cuando no es el caso porque están compuestos por mezclas de extractos de materiales complejos (extracto de levadura, extracto de carne, etc.). Por otra parte, los medios de cultivo pueden ser líquidos o sólidos si se añade algún agente solidificante que no sea consumible por los microorganismos (normalmente agar). Aunque muchos de los heterótrofos se desarrollan bien en agar nutritivo o caldo nutritivo, otros no crecen bien, y otros más, simplemente no se desarrollan. Algunos heterótrofos tienen requerimientos nutricionales muy elaborados” (Buenas, 2015). CONCEPTO DE CULTIVO BACTERIANO Escriba 2 conceptos de cultivo con su respetiva referencia y uno personal 1. Consultado IMPORTANCIA DEL CULTIVO BACTERIANO Describa de manera general la importancia del cultivo, desde una perspectiva local y global 78 Leonor M. Rivera Intriago 2. Consultado 3. Personal Clase de Medios de Cultivo Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Los contenidos tratados en el aula sobre los medios de cultivo por parte del docente, requieren ser ampliados por los estudiantes a partir de otras fuentes de consulta y con la información sucinta que se describe a continuación y en base a procesos de contrastación de los conocimientos analizados completar las exigencias de las matrices o tablas. Según su estado físico (consistencia). “Medios líquidos: Son los que se presentan en este estado, denominándose por esta razón caldos. El medio líquido más utilizado es el llamado caldo nutritivo, compuesto principalmente de extracto de carne, peptona y agua. Se utiliza fundamentalmente cuando se pretende la obtención de una suspensión bacteriana de una determinada concentración. Medios sólidos: Se preparan a partir de los medios líquidos, agregándoles un agente gelificante. Los más utilizados son la gelatina y el agar. Gelatina: Es una proteína animal obtenida de los huesos. Tiene el inconveniente de que es hidrolizada por muchas bacterias, y además su uso está muy limitado porque su punto de fusión es bajo (licúa a temperatura ambiente) razón por la que no puede utilizarse para cultivos a 37ºC, que es la tempera óptima de crecimiento para muchos microorganismos. Métodos de Cultivo 79 Medios semisólidos: Se preparan a partir de los medios líquidos, agregando a éstos un agente solidificante en una proporción menor que para preparar medios sólidos. Uno de sus usos es la investigación de la movilidad de las bacterias” (Ramirez, 2015). Según su Utilización. 1) “Medios comunes: Son aquellos que poseen los componentes mínimos para que pueda producirse el crecimiento de bacterias que no necesiten requerimientos especiales. El medio más conocido de este grupo es el agar nutritivo o agar común, que resulta de la adición de agar al caldo nutritivo. 2) Medios de enriquecimiento: Son aquellos que, además de las sustancias nutritivas normales, incorporan una serie de factores indispensables para el crecimiento de microorganismos exigentes. Este enriquecimiento se hace por adición de sangre u otros productos biológicos (sangre, suero, leche, bilis, etc.) 3) Medios selectivos: Son medios utilizados para favorecer el crecimiento de ciertas bacterias contenidas en una población polimicrobiana. El fundamento de estos medios consiste en facilitar nutricionalmente el crecimiento de una población microbiana específica. 4) Medios inhibidores: Cuando las sustancias añadidas a un medio selectivo impiden totalmente el crecimiento de una población microbiana, se denomina inhibidor. Los medios inhibidores podrían considerarse como una variante más restrictiva de los medios selectivos. 5) Medios diferenciales: Se utilizan para poner en evidencia características bioquímicas que ayuden a diferenciar géneros o especies. La adición de un azúcar fermentable o un sustrato metabolizable se utilizan para este fin. 6) Medios de identificación: Son los destinados a comprobar alguna cualidad específica que puede servirnos para reconocer la identidad de un microorganismo. Estos medios han de poseer los elementos necesarios para asegurar el crecimiento de los microorganismos, el sustrato específico que vaya a ser metabolizado y el indicador que nos muestre el resultado. 80 Leonor M. Rivera Intriago 7) Medios de multiplicación: Sirven para obtener una gran cantidad de células a partir de un microorganismo ya aislado. Seemplean en la obtención de vacunas, en la investigación y en la industria. 8) Medios de conservación: Se utilizan para conservar una cepa que, por diversas razones nos interese mantener. Fundamentalmente se utilizan como controles de calidad de las pruebas y reactivos utilizados en el Laboratorio de Microbiología. En el laboratorio se pueden conservar las cepas de tres formas: a) haciendo pases periódicos de placa a placa, b) mediante liofilización de una suspensión bacteriana, y c) congelando las cepas en leche descremada estéril al 0,1%. Medios de transporte: Se usan para el transporte de muestras clínicas que no pueden sembrarse inmediatamente. Su utilización debe hacerse introduciendo la torunda con la que se obtuvo la muestra en el interior del medio (generalmente en un tubo). Son ejemplos típicos de este grupo los medios de Stuart-Amies, Cary-Blair, etc” (Ramirez, 2015). Atendiendo a su Composición. 1) “Medios complejos: Fueron los primeros utilizados, y los más empleados se preparan a partir de tejidos animales, y más raramente de vegetales. Su composición no es exactamente definida, y por consiguiente no es rigurosamente constante. 2) Medios sintéticos: Son aquellos que contienen en su composición exclusivamente sustancias químicas conocidas y disueltas en agua destilada en proporciones determinadas, resultando un medio de composición perfectamente definida. 3) Medios semisintéticos: El gran número de factores de crecimiento exigidos para ciertos gérmenes hace que la fabricación de un medio sintético para estos gérmenes sea imposible o demasiado cara. En este caso se aportan los factores de crecimiento bajo la forma de un extracto orgánico complejo (extracto de levadura, extracto de tejidos, etc.).Ciertos gérmenes no crecen en ningún medio por muy enriquecido que esté éste, haciéndolo exclusivamente en células vivas con unas características determinadas. Ejemplos de este tipo son, aparte de los virus, las Chlamydias, Rickettsias, etc” (Ramirez, 2015). Métodos de Cultivo 81 Según su Origen a) “Naturales: son los preparados a partir de sustancias naturales de origen animal o vegetal como ser extractos de tejidos o infusiones y cuya composición química no se conoce exactamente. b) Sintéticos: son los medios que contienen una composición química definida cuali y cuantitativamente. Se utilizan para obtener resultados reproducibles. c) Semisintéticos son los sintéticos a los que se les añaden factores de crecimiento bajo una forma de un extracto orgánico complejo, como por ejemplo extracto de levadura” (Ramirez, 2015). CLASIFICACIÓN DE LOS MEDIOS DE CULTIVO Según su Clasificación Medios líquidos Estado físico o consistencia Medios sólidos Medios semisólidos Medios comunes Medios de enriquecimiento Utilización Medios selectivos Medios inhibidores Medios diferenciales Descripción 82 Leonor M. Rivera Intriago Medios de identificación Medios de multiplicación Medios de conservación Medios de transporte Medios complejos Composición Medios sintéticos Medios semisintéticos Piensa y Contesta Cuál de los medios de cultivo es el más utilizado en nuestro medio, puntualice los aspectos más relevantes: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Métodos de Cultivo 83 Cultivos puros y mixtos Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento Los contenidos analizados por el docente sobre los cultivos puros y mixtos en clase, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación, que al ser contrastada le facilitará dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Puros “Son aquellos que contienen un solo tipo de microorganismo. El modo de obtener estos cultivos consiste en obtener colonias aisladas, que provienen de una sola célula (son clones). Características de los cultivos puros • Las colonias deben ser iguales en forma, tamaño y color. • Que no existan formas inhibidas. • Al microscopio deben tener un aspecto común. • Tiene que tener iguales propiedades tintoriales • Deben ser bioquímicamente y fisiológicamente iguales. • Una regla importante es no coger nunca de la primera colonia” (Ecu. Red, 2015). Mixtos “El cultivo mixto consiste en plantar distintas variedades en estrecha vecindad, basándose en el antiguo concepto de “plantas compañeras”. El cultivo mixto permite que las cualidades naturales de las diferentes especies se complementen” (Fundación, 2015). 84 Leonor M. Rivera Intriago CULTIVO DESCRIPCIÓN PURO MIXTO Técnicas de Cultivo Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento La información expuesta por el docente en clase sobre las técnicas de cultivo, para mayor profundidad, exige que el alumno recabe información de otras fuentes de consulta y sumada a la información que se describe a continuación, el estudiante posee la solvencia para contrastarla y cubrir las demandas de las matrices o tablas. “Uno de los sistemas más importantes para la identificación de microorganismos es observar su crecimiento en sustancias alimenticias artificiales preparadas en el laboratorio. Para que las bacterias crezcan adecuadamente en un medio de cultivo artificial debe reunir una serie de condiciones como son: temperatura, grado de humedad y presión de oxígeno adecuado, así como un grado correcto de acidez o alcalinidad. Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento necesarios y debe estar exento de todo microorganismo contaminante. La mayoría de las bacterias patógenas requieren nutrientes complejos similares en composición a los líquidos orgánicos del cuerpo humano. Por eso, la base de muchos medios de cultivo es una infusión de extractos de carne y Peptona a la que se añadirán otros ingredientes. El agar es un elemento solidificante muy empleado para la preparación de medios de cultivo. Se licúa completamente a la temperatura del agua hirviendo y se solidifica al enfriarse a 40 grados. Con mínimas excepciones no tiene efecto sobre el crecimiento de las bacterias y no es atacado por aquellas que crecen en él. Métodos de Cultivo 85 La Gelatina es otro agente solidificante pero se emplea mucho menos ya que bastantes bacterias provocan su licuación. En los diferentes medios de cultivo se encuentran numerosos materiales de enriquecimiento como hidratos de carbono, suero, sangre completa, bilis, etc. Los hidratos de Carbono se adicionan por dos motivos fundamentales: para incrementar el valor nutritivo del medio y para detectar reacciones de fermentación de los microorganismos que ayuden a identificarlos” (Micro, 2015). Describa que es una técnica de cultivo bacteriano y su importancia dentro de su formación Preparación de medios de cultivos Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento El educador expondrá los fundamentos relacionados con los medios de cultivo en clase, además los alumnos recabaran información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Medios de cultivo Uno de los sistemas más importantes para la identificación de microorganismos es observar su crecimiento en sustancias alimenticias 86 Leonor M. Rivera Intriago artificiales preparadas en el laboratorio. El material alimenticio en el que crecen los microorganismos es el Medio de Cultivo y el crecimiento de los microorganismos es el Cultivo. Para que las bacterias crezcan adecuadamente en un medio de cultivo artificial, éste debe reunir una serie de condiciones tales como: temperatura, grado de humedad y presión de oxígeno adecuado, así como un grado correcto de acidez o alcalinidad. Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento necesarios y debe estar exento de todo microorganismo contaminante Clasificación de medios de cultivo Según su estado físico: Líquidos Usualmente se denominan caldos ya que contienen los nutrientes disueltos en agua. Permiten obtener suspensiones con un elevado número de microorganismos. Ej. Caldo nutritivo. Sólidos Se pueden preparar a partir de medios líquidos a los cuales se les añaden agentes solidificantes como agar, gelatina o sílica gel. Se utilizan con frecuencia en el aislamiento y mantenimiento de los microorganismos en el laboratorio. Ej. Agar nutritivo Según la naturaleza de sus constituyentes Medios naturales, complejos o indefinidos “Están constituidos por sustancias complejas de origen animal o vegetal y usualmente se complementan con el añadido de minerales y otras sustancias. No se conocen todos los componentes del medio de cultivo, ni las cantidades exactas en que están presentes. Este tipo de medio es el ideal para cuando simplemente se pretende obtener un buen crecimiento microbiológico, ya que su confección es fácil y rápida (Basta pesar una cierta cantidad del extracto desecado, suministrado por casas comerciales, disolverlo en agua y esterilizar en autoclave). Ej. Extracto de carne, extracto de levaduras. Medios sintéticos. Se preparan a partir de ingredientes químicamente puros y por lo tanto se puede conocer exactamente su composición cuali y cuantitativa. Por su costo sólo se emplean en procedimientos especiales. Métodos de Cultivo 87 Medios “mezcla” de los anteriores. Denominado medio semisintético, llevan algunas sustancias químicas cuya naturaleza y cantidad se conoce, junto con sustancias de naturaleza y composición indefinida” (Santambrosio, 2015). Según sus propósitos de uso Medios de enriquecimiento “Se llama enriquecimiento a cualquier cultivo en medio líquido que resulte en un incremento en el número de un tipo dado de microorganismo en relación con el número de otros tipos de microorganismos que puedan estar en el inóculo. Un medio de enriquecimiento puede contener sustancias que favorezcan el crecimiento del microorganismo que nos interesa o que inhiban el crecimiento de los otros tipos de microorganismos presentes. La selectividad de un cultivo de enriquecimiento no está determinada únicamente por la composición química del medio usado, sino que en un medio dado puede ser variada significativamente modificando otros factores tales como: temperatura, pH, fuerza iónica, iluminación, aireación, etc. Medios selectivos. Son básicamente iguales a los de enriquecimiento, se diferencian por ser medios sólidos y están diseñados para el aislamiento de microorganismos específicos. Ej. Agar desoxicolato citrato utilizado para el aislamiento de patógenos entéricos. Medios diferenciales. No contienen sustancias inhibidoras, es decir, permiten el crecimiento de muchos tipos de microorganismos, pero sí contienen indicadores de productos derivados de la actividad metabólica de los microorganismos sobre algunos de los componentes del medio. Se utilizan para la identificación de los microorganismos. Ej.: Agar base rojo fenol utilizado para detectar fermentación de carbohidratos” (Santambrosio, 2015). Medios de cultivo Conceptualización y caracterización DESCRIPCIÓN 88 Leonor M. Rivera Intriago Medios naturales o complejos Clasificación de acuerdo a la constitución de sus componentes Medios definidos o sintéticos Medios de enriquecimiento Clasificación de acuerdo al uso del medio de cultivo Medios selectivos Medios diferenciados 1. 2. Mencione cuatro aspectos que se debe tener en cuenta en su preparación 3. 4. Condiciones que se debe tener en cuenta en el almacenamiento de los medios de cultivo Disponibilidad de nutrientes adecuados Condiciones generales para el cultivo de microorganismos Consistencia adecuada del medio Métodos de Cultivo Presencia o ausencia de oxígeno y otros gases Condiciones adecuadas de humedad Luz ambiental pH Temperatura Esterilidad del medio Tipos básicos Líquidos Semisólidos Atendiendo su medio físico Sólidos Medios para aislamiento primario Atendiendo a su utilidad práctica Medios para identificación 89 90 Leonor M. Rivera Intriago Agua Sustancias orgánicas (sustancias puras (azúcares, aminoácidos, ácidos grasos) o mezclas (peptonas, extracto de carne, extracto de levadura)) Componentes de los medios de cultivo Sustancias inorgánicas (sales minerales y micronutrientes) Agentes solidificantes (Agar-agar, gel de sílice, silicato de sodio o potasio) Piensa y Contesta Cuál de los procesos de preparación de los medios de cultivo es el más utilizado en nuestro medio, puntualice los aspectos más relevantes: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Preservación y mantenimiento de cepas Realizar un esfuerzo intelectual, nos acerca al proceso de construcción del conocimiento La información que el docente transfiere en el aula sobre la preservación y mantenimiento de las cepas, exige que el alumno la amplíe en función de la búsqueda en otras fuentes de consulta, a más de la que se detalla a continuación, y en base a la contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas “Los tres objetivos que hay que alcanzar para conservar correctamente las cepas microbianas en los laboratorios de microbiología son: que el cultivo a conservar sea puro, evitando que se Métodos de Cultivo 91 produzcan contaminaciones durante el proceso de conservación; que durante el tiempo de conservación sobrevivan al menos el 70-80% de las células, y por último, que estas células permanezcan genéticamente estables. Los dos primeros objetivos no son muy difíciles de conseguir cuando se conoce bien la técnica microbiológica, pero el tercero puede presentar dificultades, y este es el motivo por el cual existen varios métodos de conservación para los microorganismos, y ninguno de ellos es de utilización general” (García, 2015). A.- Métodos de elección o de conservación a largo plazo. Son los mejores porque en ellos se paraliza el crecimiento de las células microbianas, pero éstas no han muerto. Así se garantiza al máximo la estabilidad genética, por evitarse la aparición de generaciones sucesivas. Aun así no se puede descartar algún cambio originado por el método preparatorio en sí mismo. Los métodos de conservación pertenecientes a este grupo son dos: Congelación y liofilización. a) Conservación por congelación. “Se congelan las células en suspensión en un líquido con un agente crioprotector y se guardan a temperaturas inferiores a cero grados centígrados, con lo que el agua se congela. De esta forma, al no disponer las células de agua en forma líquida, no hay crecimiento. Cuando se quiere trabajar con las células así conservadas, se recuperan subiendo la temperatura. Este es el mejor método de conservación desde todos los puntos de vista, pero tiene el inconveniente de requerir aparatos especiales, y además existe el peligro de que algún fallo del sistema produzca una subida no deseada de la temperatura durante el almacenamiento. Los cuatro factores que influyen en la viabilidad y estabilidad de las células conservadas por este método son los siguientes: 1º.- Edad de las células: En la mayoría de los casos conviene utilizar células maduras del inicio de la fase estacionaria de la curva de crecimiento, pero cuando se trate de organismos que presenten en su ciclo vital algún estado que les prepare para la resistencia a condiciones adversas, es preferible alcanzar este estado. 92 Leonor M. Rivera Intriago 2º.- Velocidad en la congelación y descongelación: Aunque hay programas de congelación bien estandarizados para determinados casos o circunstancias, en general es mejor que las variaciones de la temperatura sean rápidas, tanto para la congelación como para la descongelación, por lo que para descongelar conviene poner las células a 37ºC. 3º.- Temperatura de almacenamiento: Debe ser lo más baja posible. Lo mejor es guardar tubos cerrados o sellados, que contengan las células microbianas, sumergidos en nitrógeno líquido, que tiene una temperatura de –195ºC, o bien en la fase gaseosa del nitrógeno líquido, con una temperatura de –140ºC. 4º.- Empleo de agentes crioprotectores: Estas sustancias protegen del daño que se pueda producir en las células microbianas en el momento de la congelación. Existen muchos compuestos que se pueden utilizar como crioprotectores, pero el que se utiliza con más frecuencia es el glicerol, a una concentración del 15 al 20%. También se pueden utilizar el dimetilsulfóxido, la leche descremada y carbohidratos como glucosa, lactosa, sacarosa, inositol, etc. En su elección influye el tipo de microorganismo que se quiera conservar” (García, 2015). b).- Conservación por liofilización. “Tampoco se da crecimiento en las células conservadas por este método, puesto que se les ha quitado el agua mediante la liofilización, que es un proceso suave. Con ello la estabilidad genética es alta, pero a veces no tanto como en la congelación, porque la liofilización se consigue por sublimación del hielo de las células. Por lo tanto, primero tenemos que congelar el agua libre de las células y después eliminarla mediante el vacío, sin que haya necesidad de subir la temperatura, lo que acabaría afectando a la viabilidad del microorganismo. Los factores que hay que tener en cuenta para hacer una buena liofilización son lógicamente los mismos que influyen en la congelación, a los que habrá que añadir otros que surgen como consecuencia de la deshidratación. La congelación puede hacerse rápida o lentamente, la primera sumergiendo los tubos en nitrógeno líquido. Los nuevos factores que influyen específicamente en la eficacia de la liofilización como medio de conservación son: Métodos de Cultivo 93 Tipo de microorganismo. Hay algunos microbios que no resisten la liofilización y lógicamente serán aquellos que contengan más agua en su interior. Algunos hongos filamentosos, especialmente los no esporulados, no se pueden guardar liofilizados y hay que recurrir a otros métodos. Concentración celular. Lo mejor es liofilizar suspensiones celulares con una concentración del orden de 108-109 células/ml en el caso de las bacterias y algo inferior en el caso de hongos filamentosos y levaduras. Temperatura durante la sublimación. Debe ser lo más baja posible, sin subir por encima de –50ºC. Grado de deshidratación alcanzado. Debe ser lo más alto posible, aunque la concentración de solutos puede conllevar una pequeña cantidad de agua remanente que no es perjudicial. Atmósfera de oxígeno en el tubo. Las células liofilizadas se guardan en tubos cerrados al vacío para evitar, tanto la rehidratación como la presencia de algún gas dentro del tubo, como el oxígeno que puede dañar a las células. Condiciones de almacenamiento. La temperatura debe ser constante, preferentemente a 18ºC y sin bajar de los 0ºC. Los liófilos se deben guardar en la oscuridad” (García, 2015). Preservación y mantenimiento de las cepas DESCRIPCIÓN Edad de las células Velocidad de la congelación y descongelación Por congelación Temperatura de almacenamiento Empleo de agentes crioprotectores 94 Leonor M. Rivera Intriago Tipo de microorganismo Concentración celular Temperatura durante la sublimación Por liofilización Grado de deshidratación alcanzado Atmósfera del tubo Condiciones de almacenamiento Conservación por transferencia periódica Métodos alternativos Conservación por suspensión en agua destilada o en agua de mar estéril Desecación en papel filtro Métodos restringidos Desecación en suelo, arena, silicagel, etc. Métodos de Cultivo 95 Desecación en bolitas de alginato Desecación en sal gorda para holobacterias Piensa y Contesta Cuál de los procesos de preservación y preparación de las cepas analizadas, considera el más importante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Técnicas de descontaminación y esterilización Los contenidos sobre las técnicas de descontaminación y esterilización analizados por el docente en el aula, requiere que el alumno los amplíe en base a la indagación de otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y a través de la contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Técnicas de descontaminación y esterilización “Limpieza: Es la remoción de todos los materiales extraños (detritus, sangre, proteínas, etc.) que se adhieren a los diferentes objetos. Se realiza con agua, detergentes y productos enzimáticos. Este proceso puede reducir en 3-4 logaritmos la contaminación microbiana inicial y es el paso previo a cualquier proceso de desinfección y/o esterilización. Desinfección: Este proceso reduce en 3 a 5 log., la contaminación microbiana inicial. Produce la destrucción de agentes infecciosos 96 Leonor M. Rivera Intriago o contaminantes presentes en objetos y ambientes. Asegura la eliminación de formas vegetativas pero no de esporas bacterianas. Posee una seguridad de 1 en 1000. Esterilización: Proceso validado usado para obtener un producto libre de todo microorganismo en estado latente o activo, causante de enfermedades o infecciones. La esterilidad es una noción relativa, reduce 6 log., la contaminación microbiana inicial con probabilidad de encontrar 1 microrganismo en 1.000.000. Se debe mantener este estado hasta su utilización. Asepsia: Método para prevenir infecciones por la destrucción de agentes patógenos, en especial por métodos físicos. Antiséptico: Agente que controla y reduce la presencia de microorganismos potencialmente patógenos que se encuentran sobre piel y/o mucosas (sólo pueden aplicarse externamente sobre seres vivos)” (Casanova, 2015). Descontaminación “Se considera material contaminado al instrumento que estuvo en contacto con sangre u otros líquidos orgánicos. Debe comenzarse entonces con un paso previo al lavado: la descontaminación y así transformarlo en bioseguro. La misma consiste en sumergir o rociar el material con una solución de prelavado (detergente enzimático). Esto permite la remoción y disminución de la biocarga por arrastre” (Casanova, 2015). ASPECTO DESCONTAMINACIÓN ESTERILIZACIÓN LIMPIEZA CONCEPTUALIZACIÓN Métodos de Cultivo 97 ASEPSIA DESINFECCIÓN Piensa y Contesta Cuál de las técnicas de descontaminación y esterilización analizadas, considera el más importante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... TÉCNICAS DESCRIPCIÓN Describa tres formas DESCONTAMINACIÓN Describa tres formas ESTERILIZACIÓN (Revisar el manual de Prácticas de María de los Ángeles Aquiahanutl Ramos y María de Lourdes Chabela, sugerido por la docente). práctica a) Preparación de medios de cultivo Trabajo práctico, según directrices del docente b) Esterilización de medios de cultivo y materiales de vidrio Trabajo práctico, según directrices del docente c) Aplicación de técnicas de cultivo Trabajo práctico, según directrices del docente Hongos y Levaduras Introducción La cuarta Unidad está conformada por una serie de contenidos relacionados con los hongos y levaduras, por lo cual genera en los alumnos expectativas en torno a los hongos: clasificación general; importancia, reproducción, morfología, estructura, nutrición, respiración, factores que influyen en la reproducción, aislamiento de los hongos mediante cultivos, los contenidos han sido pensados con la finalidad que los estudiantes de forma progresiva acceda al conocimiento de forma cognitiva, procesal y crítica . Referente a las levaduras, establece las características generales, reproducción, fisiología, estructura, aplicaciones, clasificación, a realizar una clasificación morfológica de las bacterias, en función de la descripción de la estructura celular, nutrición, reproducción y aplicaciones de las levaduras, la información que el estudiante va a llenar en las diferentes matrices, contribuyen a la interiorización de los contenidos científicos, discriminación de la información, entre otros procesos cognitivos, en concordancia con las directrices del perfil de salida de futuro egresado de acuacultura. Los múltiples contenidos que conforma la presente unidad, de forma directa e indirecta, posibilitan y habilitan a los estudiantes para integrar los conocimientos previos con la nueva información analizada a nivel individual y grupal, de acuerdo a las directrices formativas establecidas por los estudiantes, con el propósito que asimilen la información científica relacionada con los hongos y levaduras, cada uno de los contenidos, guardan correlación directa con los lineamientos [99] 100 Leonor M. Rivera Intriago formativos del perfil profesional, con lo cual se asegura el dominio científico de los contenidos de estudio analizados al interior del aula, situación que exige que la información recabada por los alumnos en torno a las exigencias de las matrices, eleven el nivel de preparación de los futuros egresados. Hongos Parte de la información fue analizada en páginas anteriores, por lo que se amplía la información, pero el alumno debe recurrir a otras fuentes de consulta, para contrastar la información desde diferentes autores, para aumentar la rigurosidad científica, al dar respuesta a las exigencias de cada una de las tablas o matrices propuestas. Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza los aspectos relacionados con los hongos: clasificación y características con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas. Morfología. “Son unidades anatómicas y de crecimiento: la hifa, en hongos pluricelulares, y la levadura, en hongos unicelulares • Las hifas son estructuras cilíndricas, cenocíticas (aseptadas) o tabicadas (con septos), generalmente multinucleadas. Crecen por el ápice (elongación) y pueden hacerlo en cualquier dirección, incluso dentro del sustrato. Un conjunto de hifas se denomina micelio y cuando alcanzan cierto tamaño se dice que forma colonias. • Las levaduras presentan formas diversas, esférica, ovoide, elipsoidal y cilíndrica; crecen de forma isodiamétrica (por todos lados) constituyendo la parte vegetativa y en poco tiempo se reproducen asexualmente por gemación, fisión binaria o fragmentación. Algunas Hongos y Levaduras 101 levaduras forman cadenas, estructuras a las que se denomina seudohifas (por lo que la agregación de varias de ellas se conoce como seudomicelio). Las colonias generalmente son poco elevadas y de consistencia suave, cremosa, y su color oscila, en general, entre el blanco - amarillo, aunque algunas contienen pigmentos carotenoides. En la Micología Médica se consideran los hongos dimórficos. Habitualmente, en estos casos, se identifica una forma infectiva, y una forma parasitaria, la primera presente en la naturaleza, la segunda en el hospedero” (Uribarren, 2015). Reproducción. “Los hongos, durante la fase vegetativa (de nutrición y crecimiento), son haploides (n) en la mayor parte de su ciclo de vida. El micelio vegetativo crece dentro o sobre el sustrato y absorbe los nutrientes; desarrolla hifas aéreas, las cuales generalmente constituyen la porción más visible de la colonia, y en las que se diferencian hifas fértiles, que son reproductivas y formadoras de esporas” (Uribarren, 2015). HONGOS CARACTERÍSTICAS GENERALES IMPORTANCIA REPRODUCCIÓN MORFOLOGÍA DESCRIPCIÓN 102 Leonor M. Rivera Intriago ESTRUCTURA NUTRICIÓN RESPIRACIÓN FACTORES QUE INFLUYEN EN LA REPRODUCCIÓN AISLAMIENTO DE LOS HONGOS MEDIANTE CULTIVOS Piensa y Contesta Cuál de los aspectos de los hongos analizados, considera el más importante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Levaduras En páginas precedentes ya se mencionó a las levaduras, por lo que se presenta una información complementaria, además el alumno debe indagar en otras fuentes de consulta, para profundizar el conocimiento de las levaduras, a medida que da respuesta a las exigencias de las tablas o matrices. Hongos y Levaduras 103 Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza los aspectos relacionados con las levaduras con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas. Levaduras “Las levaduras son hongos que forman sobre los medios de cultivo colonias pastosas, constituidas en su mayor parte por células aisladas que suelen ser esféricas, ovoideas, elipsoideas o alargadas. Unas pocas presentan hifas. Las dimensiones pueden oscilar de 1 a 9 µm de ancho y 2 a más de 20 µm de longitud según la especie, nutrición, edad y otros factores. Algunos hongos fitopatógenos forman colonias levaduriformes en cultivos axénicos y varios patógenos de animales se presentan como levaduras en los materiales clínicos. En general, las células de las levaduras son conidios formados según diferentes tipos de conidiogénesis. En Saccharomyces una célula madre da lugar a la formación de yemas en diferentes puntos de la superficie produciendo en cada uno sólo una célula hija (blastoconidio o blastospora), pero en Rhodotorula o Cryptococcus todos los brotes surgen desde un solo punto. La célula apiculada de Saccharomycodes brota repetidamente de cada extremo, extendiéndose un poco con cada conidio formado. En el caso de Schizosaccharomyces la célula es casi cilíndrica y los conidios tienen una base muy ancha. Las levaduras hifales, como Trichosporon o Geotrichum producen artroconidios (o artrosporas) por formación de septos dobles en las hifas, que luego se escinden. Las levaduras pertenecen a dos clases de hongos: ascomicetos o basidiomicetos, aunque muchas de ellas se presentan comúnmente en la forma imperfecta. Las levaduras ascomicéticas forman ascas libres, con 1 a 8 ascosporas, y en las especies hifales las ascas están desnudas. Las ascoporas de las levaduras son algo más resistentes al calor y la desecación que las células vegetativas, si bien tienen mucha 104 Leonor M. Rivera Intriago menor resistencia térmica que las esporas bacterianas, por lo que mantienen la viabilidad de la especie durante los cambios adversos del medio ambiente” (Unsa, 2015). LEVADURAS DESCRIPCIÓN CARACTERÍSTICAS GENERALES REPRODUCCIÓN FISIOLOGÍA ESTRUCTURA APLICACIONES CLASIFICACIÓN Piensa y Contesta Cuál de los aspectos de las levaduras analizados, considera el más importante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Virus y Ricketsias Introducción Los contenidos de la quinta unidad vinculada con el análisis de los virus y ricketsias, introduce al estudiante a partir de la conceptualización de los virus y de las ricketsias desde los autores y un punto de vista personal; también hace un estudio del origen de los virus; la clasificación de los virus, según: la célula que parasitan, su forma, por las envolturas, por el ácido nucleico; en la morfología de los virus analiza el tamaño y la estructura; en la reproducción de los virus lo analiza desde lo lisogénico y lo lítico; sobre las especies que afectan a los virus: personas, animales, plantas y bacterias; analiza la importancia de los virus; en cuanto a las formas de transmisión de virus se lo analiza en función de las personas, animales y plantas; también se presenta un proceso de observación de las plantas afectadas por los virus, donde debe graficar, rotular y describir lo más relevantes de cuatro plantas diferentes ; con lo cual se contextualiza el ámbito de los virus. Cada uno de los contenidos analizados, requiere que el estudiante de forma individual o grupal recopile información relevantes de las diferentes fuentes de información físicas y digitales, información que debe ser priorizada y contrastada con la finalidad de cumplir con las exigencias de rigurosidad científica, que demanda el proceso de formación de los futuros profesionales. Respecto al contexto del estudio de los virus y ricketsias desde su origen, estructura, forma, clasificación e incidencia patógena en las personas, plantas y animales, exigen de un alto nivel de conocimiento sobre investigación bibliográfica de los estudiantes, para responder a [105] 106 Leonor M. Rivera Intriago las exigencias de rigurosidad científica que debe alcanzar el estudiante, acorde con su perfil profesional. Cada uno de los contenidos exigidos en las diferentes matrices de conocimiento, tienen el firme propósito que los estudiantes aprenda a aprender, en función de la recopilación, priorización y contrastación de la información científica, facilitando con ello el desarrollo de las estructuras mentales cognitivas y metacognitivas de los estudiantes. Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza los aspectos de concepto, clasificación, morfología, reproducción, etc., de los virus y ricketsias con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas. Concepto El docente analizara en el aula la información relacionada con los virus, a continuación el alumno debe recabar información en otras fuentes de consulta, y la descrita en base a la contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Virus “En biología, un virus. (Del latín virus, «toxina» o «veneno») es un agente infeccioso microscópico acelular que solo puede multiplicarse dentro de las células de otros organismos. Los virus infectan todos los tipos de organismos, desde animales y plantas, hasta bacterias y arqueas. Los virus son demasiado pequeños para poder ser observados con la ayuda de un microscopio óptico, por lo que se dice que son submicroscópicos; aunque existen excepciones entre los Virus nucleocitoplasmáticos de ADN de gran tamaño, tales como el Megavirus chilensis, el cual se logra ver a través de microscopía óptica” (Wikipedia, 2015). Virus y Ricketsias CONCEPTO DE VIRUS Escriba 2 conceptos de virus con su respetiva referencia y uno personal 107 ACCIÓN DE LOS VIRUS SOBRE LAS BACTERIAS Describa de manera general la acción de los virus, desde una perspectiva local y global 1. Consultado 2.Consultado 3. Personal Los contenidos por el docente analizados sobre las ricketsias, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Ricketsias “Rickettsia es un género de bacterias (colectivamente denominadas rickettsias) que pertenece a la familia Rickettsiaceae (junto con los géneros Orientia y Wolbachia). Las rickettsias son bacterias intracelulares obligados, muy pequeñas, Gram-negativas y no forman esporas. Son altamente pleomórficas pues se pueden presentar como cocos (0,1 μm de diámetro), bacilos (1-4 μm de longitud) o hilos (10 μm de largo). Se tiñen mal con la tinción de Gram y al examinar cultivos debe haber especial cuidado por esta característica. En el pasado eran considerados microorganismos intermedios entre los virus y las bacterias verdaderas. Las rickettsias son causantes de enfermedades infecciosas transmitidas por aerosoles, mordeduras, picaduras, rasguños, aguas y alimentos contaminados. Ejemplos son el tifus clásico (transmitido por 108 Leonor M. Rivera Intriago piojos), el tifus murino (por pulgas) y la fiebre de las Montañas Rocosas (por garrapatas). Asimismo, han sido asociadas a una gran variedad de enfermedades de las plantas” (Wikipedia, 2015). CONCEPTO DE LAS RICKEPSIAS Escriba 2 conceptos de ricketsias con su respetiva referencia y uno personal ACCIÓN DE LAS RICKETSIAS Describa de manera general la acción de las ricketsias, desde una perspectiva local y global 1. Consultado 2.Consultado 3. Personal Piensa y Contesta Cuál de los aspectos analizados, considera el más importante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Origen de los virus Los contenidos analizados por el docente en el aula sobre el origen de los virus, requiere que el alumno los profundice, para ello debe indagar en otras fuentes de consulta, a más de la que se describe a continuación y en base a procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Virus y Ricketsias 109 “Existen dos principales teorías con respecto al origen de los virus. Una teoría propone que los virus son consecuencia de la degeneración de microorganismos (bacterias, protozoarios y hongos) que alguna vez fueron parásitos obligatorios de otras células, a tal grado que se convirtieron en parásitos intracelulares y perdieron paulatinamente todos los componentes necesarios para desarrollar un ciclo de vida libre independiente de la célula hospedera. Sin embargo, el hecho de que la organización de los virus es de tipo no celular, es un importante argumento en contra de esta teoría, ya que las cápsides virales son análogas, desde el punto de vista morfogenético, a los organelos celulares constituidos por subunidades de proteína, tales como flagelos y filamentos que forman el citoesqueleto, y no son parecidas a las membranas celulares. La otra teoría propone que los virus son el equivalente a genes vagabundos. Por ejemplo, es probable que algunos fragmentos de ácido nucleico hayan sido transferidos en forma fortuita a una célula perteneciente a una especie diferente a la que pertenecen dichos fragmentos, los cuales en lugar de haber sido degradados (como ocurre generalmente), por causas desconocidas podrían sobrevivir y multiplicarse en la nueva célula hospedera” (Ince, 2015). VIRUS DESCRIPCIÓN CRONOLÓGICA ORIGEN Piensa y Contesta Describa los aspectos más relevantes del origen de los virus: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... 110 Leonor M. Rivera Intriago Clasificación La información de la clasificación de los virus, una vez analizados en el aula por el docente, los alumnos tendrán que recurrir a otras fuentes de consulta para ampliar el conocimiento y con el apoyo de la información que se describe a continuación, contrastar para dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Clasificación “Los virus no se clasifican en ninguno de los 5 reinos propuestos por Whittaker debido a que no tienen organización celular, y utilizan los procesos anabólicos de las células hospedadoras para su replicación. Tampoco se ubican en ninguno de los 3 dominios propuestos por Woese. Los virus se agrupan en familias y subfamilias cuyo nombre se ha latinizado; por ejemplo, los virus herpes se agrupan en la familia Herpesviridae. Las subfamilias tienen el sufijo –nae-, Ej: Herpesvirinae” (Lucy, 2011). Los criterios utilizados en este sistema de clasificación son: a) “Tipo y naturaleza del genoma. (adn; arn) b) Morfología de la partícula vírica o virión: simetría de la nucleocápsula, presencia de envoltura. c) Mecanismo de replicación Hospedero Otro sistema de clasificación se basa en la capacidad de infectar determinadas células huésped y de acuerdo con ello se subdividen en tres clases principales: virus animales, virus bacterianos o bacteriófagos y virus de las plantas. Otra forma de clasificación es por su forma: Por su forma: Virus helicoidales como el virus del mosaico del tabaco, los poliédricos como el de la gripe y los complejos como el bacteriófago T4. Presencia o no de cubierta: Virus envueltos como el Herpes simples y virus desnudos como el virus de la polio. Tipo de célula que parasitan: animales, vegetales y bacteriófagos o fagos. Virus y Ricketsias 111 Tipo de ácido nucleico: esta clasificación es más compleja por ejemplo virus con adn monocatenario, adn bicatenario, arn onocatenario, arn bicatenario. Además puede ser lineal o circular y con polaridad +, – o . (5)” (Lucy, 2011). CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS, SEGÚN DESCRIPCIÓN Virus animales. La célula que parasitan: Virus vegetales o bacteriófagos Helicoidales. Poliédricos o complejos. Por su forma Icosaédricos Con envoltura Virus envueltos. Por tener o no envolturas: Virus desnudos. 112 Leonor M. Rivera Intriago ADNmc ADNbc Por su ácido nucleico mc = monocatenario ARNmc bc= bicatenario ARNbc Piensa y Contesta Describa los aspectos más relevantes de la clasificación de los virus: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Morfología La información transferida por el docente en clase sobre la transferencia de la morfología de los virus, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a la contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Virus y Ricketsias 113 Características morfológicas de los virus • “Tamaño. Aunque ya se tenían pruebas de su existencia, ésta no fue comprobada hasta que se descubrió el microscopio electrónico, pues debido a su tamaño no se ven con el microscopio óptico. Su diámetro oscila entre los 10 nanómetros (como en el virus de la poliomelitis) hasta los 300 nm en los virus más grandes (virus de la viruela, virus tmv, etc). • Estructura. Un virus está formado por: - adn o arn, nunca los dos juntos; el adn puede ser bicatenario (p.e., en el fago T4), o monocatenario (en el fago i-X-174); el arn también puede ser bicatenario (en los reovirus) o monocatenario (en los retrovirus). - Una cápsula proteica o cápside que se halla constituida por el ensamblaje de varias subunidades peptídicas llamadas capsómeros. En su interior se halla contenida la molécula de ácido nucleico y, en algunos casos, también contiene enzimas víricas que facilitan la entrada y salida de los virus en las células que parasitan, o que son necesarias para la replicación del ácido nucleico. - Una envoltura membranosa: rodea exteriormente a la cápside y no existe en todos los virus. Esta presenta unas glucoproteínas, a modo de espículas, que constituyen el sistema de anclaje del virus a la célula que van a infectar. Como veremos, esta envoltura se trata en realidad de un fragmento modificado de la membrana plasmática de la célula en la que se ha originado el virus” (Elergomonista, 2015). VIRUS DESCRIPCIÓN CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS Tamaño MORFOLOGÍA Estructura 114 Leonor M. Rivera Intriago Piensa y Contesta Describa los aspectos más relevantes de la morfología de los virus: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Reproducción Los contenidos transferidos por el docente en el aula sobre la reproducción de los virus, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a la contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Lisogénico “Un virus lisogénico, también llamado virus moderado (template virus en inglés), es un virus atenuado, que después de infectar la célula, tiene un período de inactividad durante el cual el material genético del virus se incorpora al material genético de la célula huésped y se reduplica con ésta durante generaciones. Aquellos genes que permiten la síntesis de las proteínas virales pueden permanecer reprimidos indefinidamente. Cuando las condiciones cambian, por ejemplo por radiación ultravioleta o rayos X, los virus entran al ciclo lítico para reproducir nuevos virus hasta que la célula revienta. Incluso, este paso de virus moderado a lítico puede ser de manera espontánea” (Wikipedia W. , 2015). Lítico “El ciclo lítico se denomina así porque la célula infectada por un virus muere por rotura (lisis en griego), al liberarse las nuevas copias virales. El ciclo lítico es el método de reproducción viral, este es usualmente Virus y Ricketsias 115 el principal método de replicación viral e involucra la destrucción de células infectadas El ciclo consta de las siguientes fases: Fase de adsorción o fijación: El virus se une a la célula hospedadora de forma estable. La unión es específica, ya que el virus reconoce complejos moleculares de tipo proteico, lipoproteico o glucoproteico, presentes en las membranas celulares. Fase de penetración o inyección: el ácido nucleico viral entra en la célula mediante una perforación que el virus realiza en la pared bacteriana. Fase de eclipse: en esta fase no se observan copias del virus en la célula, pero se está produciendo la síntesis de arn, es decir la duplicación y transcripción de arn, necesario para generar las copias de proteínas de la cápsida. También se produce la continua formación de ácidos nucleicos virales y enzimas destructoras del adn bacteriano. Fase de ensamblaje: en esta fase se produce la unión de los capsómeros para formar la cápsida y el empaquetamiento del ácido nucleico viral dentro de ella. Fase de lisis o ruptura: conlleva la muerte celular. Los viriones salen de la célula, mediante la rotura enzimática de la pared bacteriana. Estos nuevos virus se encuentran en situación de infectar una nueva célula” (Wikipedia W. , 2015). VIRUS DESCRIPCIÓN Y GRAFICACIÓN DEL CICLO DE LOS VIRUS LISOGÉNICO REPRODUCCIÓN LÍTICO 116 Leonor M. Rivera Intriago Piensa y Contesta Describa las diferencias principales entre la reproducción lisogénico y lítico de los virus: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Especies que Afectan La información transferida por el docente en el aula a los estudiantes sobre las especies que afectan los virus, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y a partir de la contrastación, dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Virus de Animales “Los virus son importantes patógenos del ganado. Enfermedades como la fiebre aftosa y la lengua azul son causadas por virus. Los animales de compañía (como perros, gatos y caballos), si no se les vacuna, son susceptibles a infecciones víricas graves. El parvovirus canino es causado por un pequeño virus adn y las infecciones a menudo son fatales en los cachorros. Como todos los invertebrados, la abeja de la miel es susceptible a muchas infecciones víricas. Afortunadamente, la mayoría de virus coexisten de manera inofensiva con su huésped y no causan signos o síntomas de enfermedad” (Wikipedia W. , 2015). Virus de Plantas “Hay muchos tipos de virus de las plantas, pero a menudo solo causan una pérdida de producción, y no es económicamente viable intentar Virus y Ricketsias 117 controlarlos. Los virus de las plantas a menudo son transmitidos de una planta a otra por organismos conocidos como vectores. Normalmente son insectos, pero también se ha demostrado que algunos hongos, nematodos y organismos unicelulares son vectores. Las plantas tienen mecanismos de defensa elaborado y eficiente contra los virus. Uno de los más eficientes es la presencia de los llamados genes de resistencia (R). Cada gen R confiere resistencia a un virus determinado desencadenando zonas localizadas de muerte celular alrededor de la célula infectada, que se pueden ver a simple vista en forma de manchas grandes” (Wikipedia W. , 2015). Virus de Bacterias “Los bacteriófagos son un grupo extremadamente común y diverso de virus. Por ejemplo, los bacteriófagos son la forma más común de entidad biológica en los medios acuáticos; en los océanos hay hasta diez veces más de estos virus que de bacterias, alcanzando niveles de 250 millones de bacteriófagos por milímetro cúbico de agua marina. Estos virus infectan bacterias específicas uniéndose a moléculas receptoras de superficie y entrando en la célula. En un periodo corto de tiempo (en algunos casos en unos minutos), las polimerasas bacterianas empiezan a traducir arn vírico en proteína. Estas proteínas se convierten en nuevos viriones dentro de la célula, proteínas colaboradoras que ayudan a parecerse nuevos viriones, o proteínas implicadas en la lisis celular. Los enzimas víricos colaboran en la destrucción de la membrana celular y, en el caso del fago T4, un poco más de veinte minutos después de la inyección ya se pueden liberar más de 300 fagos” (Wikipedia W. , 2015). HUÉSPEDES PERSONAS ANIMALES EFECTOS EN LAS ESPECIES, DESCRIPCIÓN GENERAL 118 Leonor M. Rivera Intriago PLANTAS BACTERIAS Piensa y Contesta Describa los aspectos más relevantes de una de las especies afectadas por los virus: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Importancia en la Agricultura MICROORGANISMO DESCRIBIR LA IMPORTANCIA EN LA AGRICULTURA VIRUS Sintomatología La transferencia de conocimiento realizado por el docente a los estudiantes sobre la sintomatología de los virus en las personas y animales, para ampliar el alumno debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a la contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Cabe recordar que los síntomas son muy variados en las personas y animales infectados por virus, todo depende del tipo de enfermedad causada por el virus, por lo que se solicita a los alumnos escoger tres Virus y Ricketsias 119 enfermedades, para proceder a determinar los síntomas en las personas y animales infectados, en función de la realidad de su entorno. Los virus más comunes “Adenovirus: se llama así a cualquiera de los 31 virus de mediano tamaño de la familia adenovíridos, que son patógenos para el ser humano y producen conjuntivitis, infección de las vías respiratorias superiores o infección gastrointestinal. Arenavirus: es un grupo de virus que habitualmente se transmiten al hombre por contacto oral o cutáneo con las excretas de roedores salvajes. Rinovirus: existen aproximadamente 100 virus distintos capaces de causar el 40% de las enfermedades respiratorias agudas. La infección se caracteriza por garganta seca y áspera, congestión nasal, malestar general, cefalea y febrícula. Existe secreción nasal dos o tres días. En los niños, además, puede aparecer tos” (Arreola, 2013). MICROORGANISMO SINTOMATOLOGÍA Síntomas en la personas (3 tipos de virus) VIRUS Piensa y Contesta Síntomas en los animales (3 tipos de virus) Describa la sintomatología más relevante de uno de los organismos afectado por los virus: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... 120 Leonor M. Rivera Intriago Formas de Transmisión Las formas de transmisión de los virus, depende del tipo de enfermedad viral, por lo que el estudiante debe escoger tres tipos de agentes causales de la enfermedad en personas, animales y plantas, para dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. MICROORGANISMO FORMAS DE TRANSMISIÓN Transmisión en la personas (3 tipos de virus) Transmisión en animales (3 tipos de virus) VIRUS Transmisión en las plantas (3 tipos de virus) Piensa y Contesta Describa los aspectos más relevantes de la forma de transmisión de los virus en una determinada especie: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Virus y Ricketsias Observación de Plantas Afectadas por Virus GRAFIQUE, ROTULE Y DESCRIBA 4 PLANTAS AFECTADAS POR VIRUS 121 Microbiología del Suelo Introducción La información exigida en los contenidos de la sexta unidad relacionada con la microbiología del suelo, en la medida de las posibilidades pretende que el estudiante realice en primera instancia un análisis de la actividad bioquímica de los microorganismos, luego realice un estudio del ciclo del nitrógeno, en donde resalte las fases: fijación, asimilación, mineralización, nitrificación, volatilización y desnitrificación; en torno a los grupos de microbios fijadores de nitrógeno, se lo analiza desde los fijadores libres, asociados y simbólicos; en lo concerniente a la asociación no simbólica de los organismos, se da: el mutualismo, comensalismo, inquilinismo y saprofitismo; también se analiza los factores que afectan la relación simbiótica. En torno al ciclo del carbono, se inicia con un estudio de la descomposición de la materia orgánica; referente a la formación y descomposición del humos, en la formación en base a la transformación química inicial, la acumulación y la alteración química, en los tipos de virus: bruto, moder y mull; en las interrelaciones se los analiza desde lo positivo y lo negativo. El estudio de la microbiología del suelo concluye con una visita de campo, con la finalidad que el estudiante tenga la oportunidad de contrastar la teoría con las evidencias de la práctica, al tiempo correlaciona la información recabada con los resultados obtenidos en la observación de campo, lo cual despierta el interés de los alumnos por aprender de forma autónoma, en base a sus preferencias formativas y cognitivas. [123] 124 Leonor M. Rivera Intriago Los diferentes contenidos analizados en función de la información bibliográfica en mayor porcentaje y la de observación de campo en menor magnitud, pretende que el estudiante, desarrolle la capacidad de recabar información científica relevante, la priorice y lo contraste con los conocimientos previos, las directrices del docente y realidad de la vida práctica, fortaleciendo con ello su perfil profesional científico de salida. Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza los aspectos relacionado con la microbiología del suelo, el ciclo biológico del nitrógeno y el carbono con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes demandas cognitivas. Actividad bioquímica de los microorganismos Los contenidos transferidos por el docente en clase a los alumnos sobre la actividad bioquímica de los microorganismos, exige ser profundizada por el alumno, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y al contrastarla, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Hidrólisis del almidón “Se inocularon con la placa con Agar y almidón al microorganismo, estos fueron uno gram positivo y negativo. El gram negativo Escherichia Coli y positivo el Bacillus Cereus, a ambos se le agregó una solución de lugol, estos después de haberla incubado a temperatura de 37 ºC, en ambos lados hubo desarrollo de la placa” (Crazy, 2015). Microbiología del Suelo 125 Hidrólisis de la Gelatina: “En este experimento se inocularon dos tipos de microorganismos. Escherichia Coli (gram -) y bacilo Cereus (gram +), después se colocaron a temperatura ambiente. En los resultados a las 24 horas, el tubo que contenía la siembra de E. Coli no hidrolizó, el gel se mantuvo gelificado” (Crazy, 2015). Hidrólisis de la Leche “Después de inocular el microorganismo Bacilo Cereus y Escherichia Coli, lo incuban a 37 ºC, aquí se empleó una placa de agar con leche y se dividió en dos, uno con microorganismo gram positivo (B. Cereus) y otro con gram negativo (E. Coli). Después de pasadas las 24 horas, se observó una transparencia alrededor del microorganismos (Bacilo Cereus) o de la colonia que hidrolizan la caseína” (Crazy, 2015). Reacción de Nitratos “En este tipo de análisis químicos, consta de 2 pruebas, donde la segunda dependía de la 1ª, es decir, si la 1ª prueba daba negativa no se realizaba el 2º, por no presencia de nitrito. En estos tres tubos con caldo nutritivo, inoculamos tres microorganismos con dos azadas para cada uno, estos microorganismos fueron: Escherichia Coli, Bacilo Cereus y Salmonella” (Crazy, 2015). En siguiente recuadro, describir de forma concreta y detallada la importancia de la actividad bioquímica de los microorganismos en la naturaleza. 126 Leonor M. Rivera Intriago Ciclo biológico del nitrógeno ~--+• 1 LllMa N2 ... NO N.O ~ ~I J Tc:wmontas e&éctNcas /,'-'•_'NO----------~ NO I 1<11, -· ¡¡t~'87\r~-~~¡ -=}o~ \lolca.-S 11 OESCTICIOH •mer ! 'PO" N ! r MINfAAl.IZAC 0N 2 1 Tomado: http://www.miliarium.com/Proyectos/Nitratos/Nitrato/CicloNitrogeno.asp Fases del Nitrógeno Los contenidos tratados por el docente en clase sobre el ciclo del nitrógeno, exige que el alumno los profundice, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y a partir de la contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Microbiología del Suelo 127 Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza los aspectos de las fases del ciclo biológico del nitrógeno con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas Fases del ciclo del nitrógeno 1. “Fijación: La fijación biológica del nitrógeno consiste en la incorporación del nitrógeno atmosférico, a las plantas, gracias a algunos microorganismos, principalmente bacterias y cianobacterias que se encuentran presentes en el suelo y en ambientes acuáticos. Esta fijación se da por medio de la conversión de nitrógeno gaseoso (N2) en amoniaco (NH3) o nitratos (NO3-). Estos organismos usan la enzima nitrogenasa para su descomposición. Sin embargo, como la nitrogenasa sólo funciona en ausencia de oxígeno, las bacterias deben de alguna forma aislar la enzima de su contacto. 2. Nitrificación o mineralización: Solamente existen dos formas de nitrógeno que son asimilables por las plantas, el nitrato (NO3-) y el amonio (NH4+). Las raíces pueden absorber ambas formas, aunque pocas especies prefieren absorber nitratos que amoniaco. El amonio es convertido a nitrato gracias a los microorganismos por medio de la nitrificación. La modificación de NH4+ a NO3- depende de la temperatura del suelo. La transformación, es decir, la conversión se da más rápida cuando la temperatura está arriba de los 10° C y el pH está entre los 5.5-6.5; asimismo, este proceso se ve completado entre dos a cuatro semanas” (Sandoval, 2010). 3. “Asimilación. La asimilación ocurre cuando las plantas absorben a través de sus raíces, nitrato (NO3-) o amoniaco (NH3), elementos formados por la fijación de nitrógeno o por la nitrificación. Luego, estas moléculas son incorporadas tanto a las proteínas, como a los ácidos nucleicos de las plantas. Cuando los animales consumen los tejidos de las plantas, también asimilan nitrógeno y lo convierten en compuestos animales. 128 Leonor M. Rivera Intriago 4. Amonificación: Los compuestos proteicos y otros similares, que son los constitutivos en mayor medida de la materia nitrogenada aportada al suelo, son de poco valor para las plantas cuando se añaden de manera directa. Así, cuando los organismos producen desechos que contienen nitrógeno como la orina (urea), los desechos de las aves (ácido úrico), así como de los organismos muertos, éstos son descompuestos por bacterias presentes en el suelo y en el agua, liberando el nitrógeno al medio, bajo la forma de amonio (NH3). 5. Desnitrificación. La reducción de los nitratos (NO3-) a nitrógeno gaseoso (N2), y amonio (NH4+) a amoniaco (NH3), se llama desnitrificación, y es llevado a cabo por las bacterias desnitrificadoras que revierten la acción de las fijadoras de nitrógeno, regresando el nitrógeno a la atmósfera en forma gaseosa” (Sandoval, 2010). FASES Fijación del nitrógeno Asimilación Mineralización Nitrificación Volatilización Desnitrificación DESCRIPCIÓN DE CADA FASE DEL NITRÓGENO Microbiología del Suelo Piensa y Contesta 129 Cuál de las fases del ciclo biológico del nitrógeno analizado, considera la más importante: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Grupos de microbios fijadores de nitrógeno Los contenidos tratados por el docente a los estudiantes en clase sobre los microbios fijadores de nitrógeno, exige que el alumno los profundice, para ello debe indagar en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y a partir de la contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Fijadores en forma libre “Dentro de los organismos fijadores en vida libre podemos encontrar bacterias anaerobias estrictas, como Clostridium, y facultativas, como Klebsiella, pero también aerobias como Azotobacter, Beijerinckia y Azospirilum. Se encuentran también en este grupo, arqueobacterias como Methanosarcina y Methanococcus, bacterias fotosintéticas como Rhodospirillum y Chromatium) y cianobacterias con (Oscillatoria y Gloeothece) y sin heterocistos (Nostoc y Anabaena)” (Navarra U. , 2015). Fijadores en forma simbiótica “Entre los organismos fijadores en simbiosis debemos destacar por su importancia agronómica, los organismos que forman simbiosis con plantas leguminosas. Estos organismos pertenecen al subgrupo de 130 Leonor M. Rivera Intriago las proteobacterias en el que se incluyen los géneros Allorhizobium, Azorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobium y Sinorhizobium (recientemente incluído en Ensifer) y se denominan genéricamente rizobios. También existen algunas simbiosis fijadoras de nitrógeno entre algunos géneros de plantas no leguminosas y otros organismos procariotas como el actinomiceto Frankia y las cianobacterias Nostoc y Anabaena” (Navarra U. , 2015). GRUPOS DESCRIPCIÓN DE LOS MICROBIOS FIJADORES DE NITRÓGENO Fijadores libres Fijadores asociados Fijadores simbióticos Piensa y Contesta Cuál de los grupos de microbios fijadores del nitrógeno es más efectivos en la agricultura: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Asociación no simbiótica de organismos Los contenidos analizados por el docente con los alumnos en clase sobre la asociación no simbiótica de organismos, para ser ampliada, requiere que el alumno, indague en otras fuentes de consulta, a más la información que se describe a continuación y en base a sendos Microbiología del Suelo 131 procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Mutualismo “Éste término se suele confundir y en ocasiones se lo utiliza como sinónimo de simbiosis, lo cual es incorrecto. En el mutualismo, ambos organismos obtienen beneficios de la relación mientras que la simbiosis, es una categoría más amplia que incluye distintos tipos de interacciones entre las especies. El mutualismo se acerca más a una relación de cooperación y es un proceso muy significativo, teniendo una gran importancia en el equilibrio de los ecosistemas” (Pino, 2015). Comensalismo “En este tipo de relación simbiótica uno de los organismos se beneficia mientras que el otro no, aunque este tampoco es afectado o perjudicado de ninguna manera. Los ejemplos de comensalismo son menos frecuentes que en el mutualismo, pero un ejemplo claro de comensalismo es el de las aves o algunos insectos con los árboles. Por ejemplo, cuando un ave construye su nido en un árbol o una araña teje su tela sobre una sección del árbol” (Pino, 2015). TIPOS DE ASOCIACIÓN NO SIMBIÓTICA Asociación Mutualismo Comensalismo DESCRICIÓN DE LA ASOCIACIÓN 132 Leonor M. Rivera Intriago Inquilinismo Saprofitismo Factores que afectan la relación simbiótica En siguiente recuadro, describa de forma concreta y detallada tres factores que afecten la relación simbiótica. Piensa y Contesta Que aspectos de la simbiosis, consideras de mayor importancia en la permanencia de los microorganismos: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Microbiología del Suelo 133 Ciclo del carbono Descomposición de la materia orgánica Los contenidos facilitados por el docente en clase a los estudiantes sobre la descomposición de la materia orgánica, requiere ser profundizada, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Temperatura del suelo “La temperatura del suelo influye en la tasa de descomposición de la materia orgánica creando las condiciones adecuadas para que los microorganismos que la consumen puedan permanecer activos y produzcan residuos. Los residuos consisten de materia orgánica suficientemente degradada para quedar inmediatamente disponible para las plantas” (Golberg, 2015). 134 Leonor M. Rivera Intriago Humedad “El suelo demasiado seco crea un ambiente donde los microorganismos del suelo encargados de convertir materia orgánica en nutrientes no pueden trabajar en forma eficiente. Como estos necesitan humedad para vivir, no pueden consumir la materia orgánica y esta alcanza niveles estables en el suelo” (Golberg, 2015). Cantidad de materia “Cuando hay un gran porcentaje de materia orgánica en el suelo, la tasa de descomposición es alta porque se crea un ambiente en el que los microorganismos que consumen el material pueden existir en grandes cantidades. Composición del suelo La composición del suelo afecta la tasa de descomposición del material orgánico. Los suelos con un alto contenido de arcilla tienen bajos niveles de porosidad y oxígeno. Esto lleva a una disminución de la acción microbiana. Por otro lado, los suelos arenosos son poroso y tienen niveles de humedad y temperatura muy fluctuantes, lo que afecta adversamente la actividad microbiana” (Golberg, 2015). En siguiente recuadro, a su juicio describa de forma concreta y detallada tres factores que influyen en la descomposición de la materia orgánica. Microbiología del Suelo 135 Formación y descomposición del humus La información transferida en clase por el docente a los alumnos sobre las formación y descomposición del humus, debe ser ampliada por el alumno, para ello debe indagar en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de análisis, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Humus “La materia orgánica que contiene el suelo procede tanto de la descomposición de los seres vivos que mueren sobre ella, como de la actividad biológica de los organismos vivos que contiene: lombrices, insectos de todo tipo, microorganismos, etc. La descomposición de estos restos y residuos metabólicos da origen a lo que se denomina humus. En la composición del humus se encuentra un complejo de macromoléculas en estado coloidal constituido por proteínas, azúcares, ácidos orgánicos, minerales, etc., en constante estado de degradación y síntesis. El humus, por tanto, abarca un conjunto de sustancias de origen muy diverso, que desarrollan un papel de importancia capital en la fertilidad, conservación y presencia de vida en los suelos. A su vez, la descomposición del humus en mayor o menor grado, produce una serie de productos coloidales que, en unión con los minerales arcillosos, originan los complejos organominerales, cuya aglutinación determina la textura y estructura de un suelo. Estos coloides existentes en el suelo presentan además carga negativa, hecho que les permite absorber cationes H+ y cationes metálicos (Ca2+, Mg2+, K+, Na+) e intercambiarlos en todo momento de forma reversible; por ello, los coloides también reciben el nombre de complejo absorbente. Otro dato relevante con respecto a la materia orgánica es su afinidad por los metales pesados. Cuando éstos se encuentran en disolución, a menudo forman complejos orgánicos solubles, que pueden polimerizarse sobre los complejos moleculares del humus. También pueden formar directamente complejos insolubles con los compuestos del humus. De esta forma, la materia orgánica del suelo a menudo 136 Leonor M. Rivera Intriago actúa como almacén de estos elementos, si bien puede transferirlos a la vegetación o a la fase acuosa si se produce su descomposición en medio ácido u oxidante” (Higueras, 2015). HUMUS ASPECTOS DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Transformación química inicial Acumulación y destrucción mecánica Formación del humus Alteración química Humus bruto o mor Humus moder Tipos de humus Humus mull Descomposición del humus Interrelaciones microbianas Los contenidos transferidos por el docente a los alumnos en clase sobre las interrelaciones microbianas, exige que el estudiante los profundice, a partir de la indagación en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y recurriendo a la contrastación, completar las matrices o tablas. Microbiología del Suelo 137 Relaciones benéficas o positivas “En el suelo, la rizósfera, el rizoplano, el tallo y las hojas es posible observar interacciones positivas cuando se colonizan por los microorganismos del tipo: simbiosis y protocooperación. La protocoperación es una asociación benéfica que involucra a dos especies, una que degrada un compuesto orgánico no aprovechable por la segundo, la actividad de degradación de la primera que genera productos asimilables para la segunda; ésta es común en el suelo después de la adición de abonos verdes o animales. Los polisacáridos del abono verde se transforman en nutrientes que sustentan microorganismos no especializados; así los hongos celulolíticos liberan de la celulosa: ácidos orgánicos que sirven como fuente de carbono para bacterias y otros hongos no celulolíticos. Un segundo tipo de asociación es el sinergismo los microorganismos que dependen de factores de crecimiento, compuestos que sintetizan por otros, para la proliferación de aquellos que son exigentes que no crece en ausencia de aminoácidos, vitaminas B, de purinas o pirimidinas” (Syanez, 2015). Interacciones negativas “Los microorganismos inoculados en suelos estériles se multiplican rápido, sin embargo, como en el caso de Rhizobium ello provoca su eliminación en semanas, o menos tiempo, en consecuencia la leguminosa no responde a la inoculación sin lograr el rendimiento esperado, así es necesario seleccionar un Rhizobium nativo y específico para la leguminosa, en el suelo elegido, para un pronóstico favorable en términos de rendimiento, ahorro de fertilizante y productividad rentable. Las interacciones negativas como la que enfrenta Rhizobium se resumen en términos de: competencia, amensalismo, parasitismo y predación, con base a: a) la competencia por nutrientes limitantes de crecimiento como el nitrógeno; b) liberación de tóxicos en contra del asociado como los antibióticos que matan Rhizobium, c) el canibalismo de un microorganismo sobre otro, como Bdellovibrio ataca y consume 138 Leonor M. Rivera Intriago las células de Rhizobium d) por la actividad microbiana quimiolitotrofica de liberación de ácidos nítrico y sulfúrico que matan bacterias sensibles al pH ácido como Rhizobium; f) por bacterias que causan la lisis de Rhizobium como sucede con los bacteriófagos o rhizobiofagos, aunque existe para lizar cualquier otro género de bacterias benéficas de plantas” (Syanez, 2015). INTERRELACIONES MICROBIANAS TIPO DESCRIPCIÓN POSITIVAS NEGATIVAS Piensa y Contesta A su juicio describa la importancia del humus en el desarrollo de los vegetales: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Visita de campo Corresponde a la acción de observación In situ, que se planificara en función de las expectativas de los estudiantes y las demandas cognitivas de los contenidos de estudio asimilados de forma práctica y de las diversas fuentes de estudio analizadas. Introducción a la Fitopatología Introducción Las exigencias del perfil profesional de salida de la asignatura de microbiología, como parte de sus contenidos formativos y científicos incluye a la fitopatología, por lo que encuadra la asimilación de la información, de la siguiente forma: sobre las enfermedades de las plantas a partir de los agentes causales de los hongos, bacterias y virus; respecto a la definición de las enfermedades lo aborda desde los autores y el punto de vista del alumno, en la clasificación de las plantas lo analiza desde el tamaño (árboles, arbustos y plantas herbáceas) y la forma de reproducción (plantas sin flor y con flor); referente a la identificación de las enfermedades se lo analiza desde la percepción del problema, la determinación de la causa del problema y la planificación de la solución del problema. En torno a las actividades bioquímicas en las plantas se lo analiza en función de la fotosíntesis, respiración, transporte de los solutos, la translocación, la síntesis de proteínas, la asimilación de nutrientes, la formación de carbohidratos, lípidos y proteínas; sobre los factores ambientales que influyen en el desarrollo bacteriano, se lo analiza desde la temperatura, la desecación, radiaciones, ondas sonoras, presión hidrostática y presión osmótica; los factores ambientales desde los agentes químicos tenemos: desinfectantes y antisépticos, pH y antibióticos. Para concluir esta unidad, se pretende que los estudiantes realicen un manual, desde el enfoque de los trabajos colaborativos, donde se evidencie un alto nivel de rigurosidad científica, dentro del contexto de [139] 140 Leonor M. Rivera Intriago la microbiología, garantizado con ello la formación bibliográfica de los estudiantes. La información plasmada en cada uno de los contenidos relacionados con la fitopatología, responde de forma directa e indirecta a las directrices formativas de los lineamientos establecidos en el perfil de salida de los futuros profesionales, desde dos ópticas un proceso de cognitivo teórico desde los diferentes autores y otro práctico de acuerdo los conocimientos previos que posee y la contrastación de la teoría con la práctica. Reflexiones de rigor para interiorizar el conocimiento de forma comprensiva y significativa. Describe e interioriza los aspectos relacionados con el contexto de la fitopatología con el apoyo de información pertinente, complete las siguientes tablas Enfermedades de las plantas La información facilitada por el docente a los estudiantes sobre las enfermedades de las plantas en clase, debe ser ampliada por el alumno, para ello debe recabar información en otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Las enfermedades en las plantas las pueden causar tres agentes: • Hongos • Bacterias • Virus El 95% de ellas son debidas a hongos, pero a veces, se producen infecciones bacterianas o víricas que es necesario conocer. Las enfermedades por hongos se combaten con fungicidas, pero para las bacterias y virus no hay productos eficaces y lo único que se puede hacer es prevenirlas. Introducción a la Fitopatología 141 Estas son las fichas de las 10 enfermedades más importantes que se dan en plantas de interior. Si lo deseas, consulta los siguientes artículos para completar todos los problemas de este tipo de plantas: • Plagas de las Plantas de Interior: Pulgón, Cochinilla, etc... • Trastornos de las Plantas de Interior: riego excesivo, luz... 1. Botritis 2. Podredumbre de raíces 3. Oidio 4. Negrilla 5. Manchas foliares 6. Antracnosis 7. Alternariosis 8. Esclerotinia 9. Bacterias 10. Virus” (Infojardín, 2015) ENFERMEDADES DE LAS PLANTAS AGENTE HONGOS BACTERIAS VIRUS DESCRIPCIÓN (3 agentes causales) 142 Leonor M. Rivera Intriago Definición de la enfermedad Los contenidos tratados por el docente en clase sobre la definición de enfermedad, exige que el alumno lo profundice, en función de la indagación de otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de contrastación, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. Enfermedad “La oms define enfermedad como “Alteración o desviación del estado fisiológico en una o varias partes del cuerpo, por causas en general conocidas, manifestada por síntomas y signos característicos, y cuya evolución es más o menos previsible”. Quizás es una definición de enfermedad poco comprensible, así que vamos a ver otra más clara, por ejemplo: La enfermedad es la alteración leve o grave del funcionamiento normal de un organismo o de alguna de sus partes debida a una causa interna o externa. Se entiende mejor, ¿verdad? Nos quedamos con que la enfermedad es la alteración del funcionamiento normal de nuestro cuerpo” (Salud., 2015). CONCEPTO DE ENFERMEDAD Escriba 2 conceptos de enfermedad con su respetiva referencia y uno personal 1. Consultado 2.Consultado 3. Personal Introducción a la Fitopatología 143 Clasificación de las plantas Los contenidos transferidos por el docente a los alumnos en clase sobre la clasificación de las plantas, exige que el alumno lo profundice, a partir de otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en base a sendos procesos de análisis, proceder a dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. “Árboles: son las plantas más grandes que existen, se diferencian de las otras por tener: - Copa, la forman las hojas. - Tronco, es el tallo de la planta y es leñoso, de él salen las ramas. - Raíces, que suelen ser muy profundas para conseguir el agua del suelo. - Tú sabes que los árboles pueden ser de hoja caduca o de hoja perenne. Arbustos: son plantas de menor tamaño que los árboles, pero más grandes que las hierbas. Pueden tener varios troncos y también son leñosos pero más finos que los de los árboles. Los arbustos se caracterizan por: - Tienen tallos leñosos - Sus tallos están, generalmente, ramificados desde el suelo. - Su altura no suele sobrepasar los 2-2,5 metros. - Los arbustos, al igual que los árboles, pueden ser de hoja caduca (tiran sus hojas cada año en otoño), de hoja Perenne (conservan las hojas durante el invierno). - Algunos poseen frutos decorativos (Madroño, Acebo, Granados). Otros con frutos comestibles: frambuesas, zarzamoras” (Helena, 2011). CLASIFICACIÓN DE LAS PLANTAS ASPECTOS DESCRIPCIÓN Arboles Por su tamaño Arbustos 144 Leonor M. Rivera Intriago Plantas herbáceas Plantas sin flor: musgos, helechos. Forma de reproducirse Piensa y Contesta Plantas con flor: gimnospermas, angiospermas. A su juicio cuál de los procesos utilizados en la clasificación de las plantas es de mayor relevancia en su formación: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Identificación de enfermedades Los contenidos transferidos por el docente a los estudiantes en clase sobre la identificación de enfermedades, exige que el alumno los profundice, en base a la indagación de otras fuentes de consulta, a más de la información que se describe a continuación y en función de la contrastación, proceder a dar respuesta a las demandas de las matrices o tablas. Percepción del problema “Hacer una observación detallada y busque síntomas que le indiquen cual puede ser el problema. Usar lupas para examinar los tejidos de Introducción a la Fitopatología 145 las plantas ya que muchos hongos e insectos tienen estructuras que pueden verse fácilmente con una lupa. Observar el ambiente que rodea las plantas para determinar qué condiciones pueden estar propiciando el problema. Tener una idea del momento en que los síntomas se comenzaron a manifestar, ya que pueden coincidir con un cambio en el cultivo (otro fertilizante, aspersión de algún plaguicida nuevo, u otro). Estos cambios pueden tener relación con los síntomas observados en la planta. Por eso es importante mantener un registro de las actividades que usted realiza con sus plantas para la detección de problemas (Wanda, 2013). Determinación de la causa del problema “Los problemas en las plantas no tienen una sola causa, sino que además de la causa principal existen otras condiciones de estrés asociadas al medio ambiente que deben tomarse en cuenta al momento de hacer el diagnóstico. Los síntomas no específicos (amarillez, bordes quemados, caída de hojas) o síntomas que pueden ser parecidos en diferentes enfermedades, son una parte difícil del diagnóstico por lo que hay que buscar otros síntomas y recopilar otra información que nos ayude, como por ejemplo: • ¿En qué lugar se encuentran las hojas amarillas? • ¿Cuándo comenzaron a verse las manchas? • ¿Qué condiciones del cultivo se han cambiado recientemente? • ¿Qué otras condiciones se observan asociadas?, • ¿Hay un cambio en el tamaño de las hojas?, • ¿Hay frutos deformes? • ¿Qué condiciones hay en el suelo? • ¿Está muy húmedo? • ¿Está muy compactado? • ¿Es ácido? Es de gran ayuda un análisis de suelo para asegurarse de que la nutrición de la planta es adecuada y que no hay síntomas de deficiencia nutricional” (Wanda, 2013). 146 Leonor M. Rivera Intriago Planificación de la Solución del Problema “Todo lo anterior nos llevará a diagnosticar mejor el problema y así planificar mejor la estrategia de control, la cual debe integrar diferentes métodos de manejo del cultivo que incluyen la modificación de prácticas culturales y el uso de plaguicidas, de ser necesario” (Wanda, 2013). PROCESO DE IDENTIFICACIÓN DE ENFERMEDADES EN LAS PLANTAS PROCESO DESCRIPCIÓN Percepción del problema Determinación de la causa del problema Planificación de la solución del problema Piensa y Contesta A su juicio cuál de los procesos de identificación de enfermedades en las plantas es el de mayor relevancia, justifique su punto de vista: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Actividades bioquímicas Los contenidos facilitados por el docente en el aula a los estudiantes sobre las actividades bioquímicas, exige que el alumno lo profundice, en función de otras fuentes de consulta, a más de la información que Introducción a la Fitopatología 147 se describe a continuación y a partir de la contrastación, dar respuesta a las exigencias de las matrices o tablas. “Transporte de sustancias inorgánicas. Membranas: estructura y composición. El transporte de solutos. Transporte activo y pasivo. Rol de las enzimas en el transporte a través de las membranas. Ecuación de Nernst. Ecuación de Goldman. Transporte electrogénico de protones. Potencial electroquímico. Efecto Donnan. Absorción de moléculas de gran tamaño. Transporte de sustancias orgánicas: transporte por floema, estructura del floema y transporte de solutos orgánicos. Patrones de traslocación: relación fuente-destino, cambios durante la ontogenia. Mecanismo de flujo por presión: teoría de Münch. Distribución y mecanismos de control. Velocidad de transporte. Carga y descarga del floema: requerimientos energéticos, especificidad y selectividad. Solutos transportados. Forma en que se transportan los azúcares” (Brevedan, 2010). “Transpiración: rol de la transpiración en las plantas, fuerzas que la gobiernan. Estomas: estructura y función. Paradoja de los poros. Mecanismo de control estomático. Efecto de la luz sobre el estoma. Rol del ABA como antitranspirante. Capa límite y factores ambientales que afectan la transpiración. Importancia agronómica: uso conservativo del agua por los cultivos. Punto de marchitez permanente y temporario. Nutrición mineral: nutrientes, concepto de elemento esencial. Macro y micronutrientes en la materia seca. Agentes quelantes. Absorción de nutrientes por la raíz, zonas de absorción. Absorción de cationes y de aniones. Efecto del pH. Síntomas de deficiencias. Requerimientos cuantitativos. Análisis de tejido vegetal. Métodos de estudio de la nutrición mineral: hidroponia. Micorrizas. Asimilación de nutrientes minerales. Asimilación de nitrógeno: ciclo del nitrógeno, vías de asimilación del nitrógeno y del amonio. Reducción del nitrato e incorporación del amino en compuestos orgánicos. Fijación simbiótica del N2 en plantas leguminosas y no leguminosas. Productos de la fijación: amidas y ureídos. Transformaciones del nitrógeno durante el desarrollo de la planta. Asimilación de azufre: reducción e incorporación en compuestos orgánicos. Fotosíntesis. La luz: características, naturaleza corpuscular y ondulatoria. Irradiancia. Estructura fotosintética de la hoja, cloroplastos, 148 Leonor M. Rivera Intriago pigmentos y espectros. Antenas y reacciones fotoquímicas. Efecto de los pigmentos accesorios. Mecanismos de transporte electrónico y protónico. Complejo emisor de oxígeno y oxidación del agua: Reacción de Hill. Fotosistemas, descubrimiento: efecto Emerson. Transporte de electrones” (Brevedan, 2010). ACTIVIDAD BIOQUÍMICA EN LAS PLANTAS PROCESOS La fotosíntesis La respiración El transporte de solutos La translocación La síntesis de proteínas Asimilación de nutrientes Formación de carbohidratos, lípidos y proteínas DESCRIPCIÓN Introducción a la Fitopatología Piensa y Contesta 149 A su juicio cuál de los procesos de la actividad bioquímica de las plantas es el de mayor relevancia, justifique su punto de vista: .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... .......................................................................... Factores ambientales que influyen en el desarrollo bacteriano La información propuesta por el docente a los estudiantes en clase sobre los factores ambientales que influyen en el desarrollo bacteriano, requiere que el alumno lo amplíe, mediante la indagación de otras fuentes de consulta, a más de la información descrita y en base a procesos de contrastación, cubrir las demandas de las matrices o tablas. Requisitos Físicos Temperatura “El patrón de crecimiento bacterial se ve profundamente influenciado por la temperatura. La temperatura a crecimiento óptimo permite el crecimiento más rápido de las bacterias durante un período de tiempo, usualmente entre 12 y 14 horas. La temperatura mínima de crecimiento es aquella temperatura menor a la cual la especie puede crecer. La Temperatura de crecimiento máximo es la temperatura mayor en la cual el crecimiento es posible. Los microorganismos se dividen en 3 grandes grupos en base a su preferencia de rango de temperatura. 150 Leonor M. Rivera Intriago pH En la mayoría de las bacterias el crecimiento óptimo es entre 6.5 y 7.5. Muy pocas bacterias crecen a un pH menor de 4.0. Sin embargo, las bacterias clasificadas como acidófilos son tolerantes a la acidez, un ejemplo es Thiobacillus thiodans que crece a un pH óptimo de entre 2.0 a 3.5. Presión osmótica Los microorganismos requieren agua para su crecimiento, además para obtener nutrientes de ésta. Una presión osmótica alta causa pérdida de agua y plasmólisis de la célula, por lo que se utiliza este fenómeno para conservar los alimentos ya sea añadiendo sal o azúcar, lo que previene el crecimiento bacterial. Sin embargo algunas bacterias se han adaptado a altas concentraciones de sal, a éstas se les conoce como halófilos extremos. Por otro lado, los halófilos facultativos no requieren una alta concentración de sal, pero pueden crecer hasta una concentración de 2%. Otras bacterias pueden tolerar hasta un 15% de sal” (Bayamón, 2011). Requisitos Químicos “Carbono (C) todos los organismos requieren C para sintetizar los componentes celulares. Nitrógeno, azufre.y fósforo. Estos elementos se requieren para la síntesis de dna, rna, proteínas y atp. Las bacterias pueden obtener nitrógeno (N) ya sea fijándolo directamente de la atmósfera, como por ejemplo el género bacteriano Rhizobium. También pueden obtener este elemento de compuestos inorgánicos que contengan N como nitritos, nitratos, sales de amonia o amino ácidos. Las bacterias pueden obtener azufre de iones de sulfato, sulfito de hidrógeno y amino ácidos con azufre. Elementos trazas. Otros elementos como hierro, cobre, molibdeno y zinc son requeridos por los microorganismos en pequeñas cantidades. Usualmente tienen función de cofactores. Introducción a la Fitopatología 151 Oxígeno. No todos los microorganismos necesitan 02, sin embargo, muchas formas de vida requieren oxígeno para llevar a cabo respiración aeróbica. Los microorganismos que utilizan oxígeno molecular son llamados aeróbicos. Estos se clasifican en aeróbicos obligados que son los que requieren oxígenos molecular para vivir, y los aeróbicos facultativos los cuales utilizan el oxígeno molecular cuando está presente, pero en su ausencia continúan su crecimiento por la vía de fermentación o respiración anaeróbica, un ejemplo es Escherichia coli” (Bayamón, 2011). Factores orgánicos de crecimiento “Estos son compuestos orgánicos esenciales que el organismo no puede sintetizar, aquí se incluyen las vitaminas, los amino ácidos, las purinas y las pirimidinas” (Bayamón, 2011). FACTORES AMBIENTALES AGENTES FÍSICOS La temperatura La desecación Radiaciones Ondas sonoras Presión hidrostática Presión osmótica DESCRIPCIÓN 152 Leonor M. Rivera Intriago FACTORES AMBIENTALES AGENTES QUÍMICOS DESCRIPCIÓN Desinfectantes y antisépticos pH Antibióticos Elaboración de un manual La construcción del manual, corresponde a un trabajo colaborativos, según los equipos conformados de forma libre y por afinidad, sin perder de vista la rigurosidad científica del contexto de la fitopatología. Bibliografía y Webgrafía • Alvarez, A. (11 de Julio de 2015). http://webcache.googleusercontent.com/search? q=cache:vFzDlMnKCsoJ:www. biblioteca.unlpam.edu.ar/pubpdf/revet/n08a06alvarez. pdf+&cd=1&hl=es&ct=clnk&gl=ec. • Amora, A. (11 de Mayo de 2015). http://webcache.googleusercontent.com/search? q=cache:kRhailSAYF8J:alezamora.galeon.com/ aficiones1893538.html+&cd=2&hl=es&ct=clnk&gl=ec. • Arreola, J. (03 de Julio de 2013). http://webcache.googleusercontent.com/search? q=cache:nwSRixzhUq0J:suite101.net/ article/virus-vias-de-transmision-y-enfermedades-que-originana62393&hl=es&. • Atom. 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Docente de la Unidad Académica de Ciencias Agropecuarias de la universidad técnica de machala. [159] Microbiología Interiorización del conocimiento de forma significativa y comprensiva Se terminó de imprimir en marzo de 2016 en la imprenta de la UTMACH, calle Loja y 25 de Junio (campus Machala) Esta edición consta de 300 ejemplares. www.utmachala.edu.ec ISBN: 1 978-9978-316-30-6 9 789978 1 1 316306
