Download PROGRAMA MATERIA MICROBIOLOGIA GENERAL CARRERAS

Universidad Nacional de General San Martín
Escuela de Ciencia y Tecnología
Campus Miguelete
Martín de Irigoyen 3100
San Martín
Buenos Aires - Argentina
www.unsam.edu.ar
[email protected]
MATERIA
CARRERAS
CARÁCTER DE LA
MATERIA
PERÍODO DE VIGENCIA
MATERIAS
CORRELATIVAS
CARGA HORARIA
PROGRAMA
MICROBIOLOGIA GENERAL
Bachillerato Universitario en Ciencias con orientación en
Biotecnología, Licenciatura en Biotecnología
OBLIGATORIA
Segundo cuatrimestre 2012 DURACION: un cuatrimestre
Para cursar: Trabajos prácticos de Química Biológica y final de
Biología II.
Para dar final: Final de Química Biológica
Clases teóricas: 32 hs por
Total de horas semanales: 8 hs
cuatrimestre
Total de horas de la
Prácticas y de Laboratorios: materia:128 hs
92 hs por cuatrimestre
OBJETIVOS DE LA MATERIA:
Los objetivos generales de la materia son que el alumno al finalizar el curso haya adquirido conocimientos
que le permitan:
- Tener una idea general del origen y evolución de los microorganismos que dio lugar a la gran
diversidad que se observa en la actualidad y la relación de éstos con otros seres vivos y con el medio
ambiente.
- Conocer distintos aspectos de los microorganismos relacionados con su estructura, fisiología y
genética.
- Comprender la importancia de los microorganismos en distintos aspectos relacionados con la vida
del hombre, animales y plantas.
- Estudiar distintas comunidades microbianas y las relaciones de los microorganismos entre si y con
otros organismos de dichas comunidades.
- Conocer distintas aplicaciones de los microorganismos en la elaboración de productos útiles para el
hombre.
- Comprender los mecanismos por los cuales los microorganismos son patógenos y las distintas
formas de combatirlos.
- La utilización de microorganismos para solucionar problemas ambientales.
- Adquirir el entrenamiento necesario para el manejo de materiales, equipos e instrumentos necesarios
para las distintas actividades que se desarrollan en laboratorios de microbiología (técnicas de
esterilidad, manejo de microorganismos, tinciones, microscopía, aislamiento de cultivos puros,
pruebas bioquímicas, curvas de crecimiento y recuento de células viables, resistencia a antibióticos,
transformación, mutación, transposición y complementación funcional, etc), así como el uso de
manuales y material bibliográfico especializado.
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RÉGIMEN DE APROBACIÓN DE LA MATERIA:
1) Aprobación de los dos parciales teórico/práctico. Se podrá recuperar sólo uno.
2) Aprobación de los trabajos prácticos, lo cual estará dado por:
a) 80 % de asistencia.
b) 80 % de los parcialitos de laboratorio aprobados
c)
aprobación de los informes de los trabajos prácticos
d) aprobación de monografía.
PROGRAMA ANALÍTICO
CAPITULO 1: INTRODUCCION. PANORAMA GENERAL DE LA MICROBIOLOGIA Y DE LA
BIOLOGIA CELULAR.
-Características generales de la célula como unidad de los seres vivos
-La célula bacteriana su morfología y composición química.
-Características generales de los procesos de nutrición y metabolismo, crecimiento celular y duplicación,
diferenciación, diversidad microbiana y evolución, cronómetros biológicos.
-Características diferenciales entre procariotas y eucariotas.
-Clasificación de los seres vivos.
-Sistemas para la clasificación de las bacterias, nomenclatura, género, especie.
-Origen de la tierra, origen de la vida, fósiles bacterianos.
-Composición química del medio en los orígenes de la vida sobre la tierra.
-Surgimiento de los primeros seres vivos, anaerobiosis y altas temperaturas.
-Metabolismo primitivo, quimiolitotrofia, surgimiento del oxigeno libre sobre la tierra, su importancia.
-El RNA y su importancia en el origen de la vida, ribozimas. El RNA como cronómetro biológico y para la
clasificación de los seres vivos.
-Impacto de los microorganismos sobre las actividades del hombre.
-Historia de la microbiología
-Primer microscopio 1684, Antoni van Leuwenhoek.
-Siglo XIX, la generación espontánea, Luis Pasteur.
-Agente causales de enfermedades, Koch, Cohn, postulados de Koch.
-La tuberculosis y el carbunclo.
-Cultivo de microorganismos.
-Concepto de cultivo puro, aislamiento y purificación de microorganismos.
-Richard Petri, invención de la caja de Petri, su importancia para el desarrollo de la microbiología.
-Robert Koch, aislamiento de agentes causales de enfermedades en forma pura.
CAPITULO 2
A) MICROORGANISMOS PROCARIOTICOS. GENERALIDADES.
LA CELULA BACTERIANA.
-Arquitectura de la célula bacteriana, forma microscópica: cocobacilos, cocos, diplococos, estreptococos,
estafilococos, bacilos, espirilos, espiroquetas, bacterias filamentosas.
-Tamaño de las bacterias, relación diámetro superficie, sus efectos sobre el metabolismo. Métodos de estudio,
microscopía óptica, microscopía electrónica, contraste de fase, fluorescencia. Métodos de tinción, Gram
positivos, Gram negativos, otros métodos especiales.
-La membrana de las bacterias. Membrana citoplasmática, composición y estructura, comparación entre
eubacterias y archaeabacterias. Funciones, permeabilidad selectiva. Transporte activo, con modificación sin
modificación. Fuentes de energía para el transporte, ATP, H. Teoría de Peter Mitchell, ATPasas.
-La pared bacteriana. Estructura y composición de la membrana externa, métodos de análisis y separación de
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las membranas externas y citoplasmática. Espacio periplasmático, función, osmoregulación. Diferencias de la
estructura de la pared entre bacterias Gram negativas y Gram positvas. Rigidez y forma. El peptidoglicano,
función y estructura, bacterias Gram negativas y Gram positivas. Peptidoglicano (pseudopeptidoglicano) en
archaeabacterias, su estructura. Acidos teicoicos. Lipopolisacárido, estructura y composición química.
-Biosíntesis del peptidoglicano, biosíntesis del lipopopolisacárido, lípidos intermediarios. Acción de la
penicilina. Acción de la lisozima.
-Polisacáridos bacterianos, cápsulas y exopolisacáridos, estructura y composición química, biosíntesis, lípidos
intermediarios.
-Motilidad bacteriana. Los flagelos, estructura y función. Antígenos flagelares, ensamble del flagelo.
Estructura de rotor del flagelo. Fuente de energía, protón motive force, numero de H+ por revolución del
flagelo. Variación de fase de los antígenos flagelares. Quimiotaxis, métodos de estudio, mecanismo de acción
de los atractantes y repelentes. Genes que regulan la quimiotaxis, fosforilación, metilación. cheA/cheY.
-Identificación microscópica. Microscopia óptica: distintas morfologias (cocos, bacilos, espirilos,
espiroquetas, vibrios, fusiformes. Microcopia electrónica. Distintas estructuras, membranas celulares,
cromosoma bacteriano, gránulos de reserva, pared celular, fimbrias, flagelos, cápsulas, etc.
-La técnica aséptica como base de la manipulación microbiológica.
-Cultivos bacterianos en medios líquidos, curvas de crecimiento, fases de la curva de crecimiento.
-Velocidad de crecimiento, tiempo de duplicación.
-Crecimiento y medio ambiente, temperatura (bacterias termófilas, hipertermófilas, mesófilas, psicófilas), pH
(bacterias acidófilas, alcalífilas y neutrófilas), oxígeno (bacterias aeróbicas, anaeróbicas, microaerófilas), sales
(bacterias halófilas y halotolerantes).
-Los microorganismos como agentes de enfermedades.
-Los microorganismos y los alimentos, preservación esterilización, pasteurización, tindalización.
-Los microorganismos y el medio ambiente, interacciones entre poblaciones contaminación, degradación de
desechos, bioremediación, energía.
B) MICROORGANISMOS PROCARIOTICOS
ESTRUCTURAL Y FUNCIONAL
-Comparación y análisis de las diferencias estructurales.
-Pared celular, membranas internas.
Y
EUCARIOTICOS:
COMPARACION
CAPITULO 3. GENETICA MOLECULAR I
-Estructura general de ácidos nucleicos. Organización estructural del ADN y ARN en virus, bacterias y
células eucarióticas. ADN: secuencias alta y medianamente repetitivas y genes de copia única. ARN:
mensajeros, de transferencia y ribosomales. Replicación del ADN, mecanismo y enzimas involucradas.
Ribosomas. Citoesqueleto. Relación superficie/volumen y organizaciones multicelulares.
-Comparación y análisis de diferencias funcionales: Transcripción del ADN en procariotas y eucariotas,
promotores y procesamiento de ARN mensajeros, exones e intrones, poliadenilación, RNA polimerasas.
Traducción del ARN mensajero en proteínas. Mecanismo de iniciación, elongación y terminación.
CAPITULO 4. LAS BACTERIAS. DIVISIONES TAXONOMICAS MAS IMPORTANTES.
CONCEPTOS BASICOS DE METABOLISMO BACTERIANO
-Fisiología bacteriana. Condiciones fisicoquímicas apropiadas. Ciclo de vida. Cambios morfológicos en fase
estacionaria de bacterias no esporuladas y esporuladas. Proceso de esporulación. Nutrientes básicos para el
desarrollo celular. Clasificación de los microorganismos de acuerdo a la fuente de energía (fototrofos,
quimiotrofos, lito y organotrofos. Fuentes de carbono, auxotrofos y heterotrofos. Aceptores finales de
electrones, metabolismo aeróbico y anaeróbico.
-Conceptos básicos de metabolismo bacteriano. Generalidades de las reacciones catabólicas o energéticas.
Anabolismo, catabolismo, reacciones biosintéticas.
-Regulación de la actividad metabólica en bacterias. Mecanismos generales, regulación de la actividad
catalítica de enzimas, alosterismo, regulación por producto, feedback, modificación covalente, regulación de
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la expresión genica (dosaje genico). Proteínas que regulan la transcripción genica, inducción, represión.
Concepto de promotor, operador. Control positivo y negativo. Atenuación, mecanismo de acción, el caso del
operon triptofano. Control global de la de la expresión genica, represión catabólica, cAMP, CAP, papel de la
glucosa.
-El operón lactosa, descripción y estructura. Sistemas de dos proteinas sensor regulador, ejemplos, papel de la
fosforilación.
-Clasificación bacteriana. Breve descripción y fundamentación de las características de valor taxonómico
usadas (morfología, coloración de Gram, requerimientos nutricionales, química de la pared y cápsula,
presencia de inclusiones celulares y productos de almacenamiento, capacidad para utilizar distintas fuentes de
carbono, nitrógeno, azufre y fósforo, productos de fermentación, necesidades gaseosas, requerimientos de
temperatura y pH, sensibilidad antibiótica, patogenicidad, interacciones simbióticas, características
inmunológicas, hábitat
-Manual de Bergey. Divisiones establecidas en los cuatro volúmenes. Ejemplos.
CAPITULO 5
TAXONOMIA BACTERIANA
ARQUEBACTERIAS
-Las arquea.
-Las arquea en el árbol filogenético
-Características particulares de arquebacterias: pared celular, membrana celular, metabolismo.
-Arquea extremadamente halófilas: hábitat, requerimiento salino, metabolismo, taxonomía.
-Metanogenos: metabolismo, taxonomía
-Arquea extremadamente termófilas: hábitat, metabolismo, taxonomía, mecanismo de tolerancia a altas
temperaturas
-Arquea en la evolución
-Importancia biotecnológica de las arquebacterias.
CAPITULO 6
ALGAS y HONGOS.
-ALGAS. Características generales de los distintos grupos de algas. Ciclos de vida característicos de las algas.
-Origen y rol funcional de los organismos fotosintéticos en los ecosistemas.
-Algas procarióticas y eucarióticas; su clasificación y evolución basada en el estudio de RNA ribosómico 16S.
-Teoría de endosimbiosis primaria y secundaria.
-Aspectos básicos de la fotosíntesis. Espectro de actividad y espectros de absorción de pigmentos
fotosintéticos. Reacción de Hill. Carboxilación, reducción y regeneración de esqueletos carbonados.
-Estructura general del cloroplasto, comparación con la mitocondria.
-Fotosíntesis: generalidades, fotosíntesis oxigenica y anoxigenica.
-Distintos tipos de clorofilas. Fijación autotrofica del CO2.
-Importancia biológica y económica de las algas. Mareas rojas.
-HONGOS. Características generales de los hongos. Generalidades: la célula fúngica, nutrición, enzimas
extracelulares. Estructuras somáticas y reproductoras de hongos filamentosos. Los hongos y el ecosistema.
Clasificación de los hongos. Nociones básicas sobre el Phyllum Chytridiomycota, Phyllum Ascomycota,
Phyllum Basidiomycota y los principales Ordenes que los componen. Hongos imperfectos y relaciones
simbióticas de los hongos. Levaduras. Metabolismo. Reproducción sexual y asexual. Introducción a la
taxonomía.
CAPITULO 7. VIRUS
-Características generales de los virus. Estructura y organización. Diversidad de los virus considerando su
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estructura, su morfología y su material genético.
-Clasificación de los virus. Propiedades que se consideran para su clasificación.
-Diferentes formas de clasificación según: propiedades epidemiológicas, propiedades físico químicas,
propiedades de su ciclo replicativo.
-Ejemplos de algunas familias representativas de virus animales y vegetales.
-Ciclo de replicación viral. Características generales de la replicación de los virus. Etapas en la replicación
viral.
1- Adsorción
2- Penetración
3- Desensamblado
4- Replicación y síntesis de proteínas
5- Ensamblado y maduración
6- Liberación
-Estrategias replicativas de los virus
-Bacteriófagos y su aplicación en la biología molecular
CAPITULO 8. PROTOZOARIOS I
Características generales. Clasificación. Protozoarios parásitos del hombre: Trypanosomátidos, Entamoeba,
Giardia, Trichomonas, Plasmodium, Toxoplasma. Protozoarios parásitos de animales domésticos: Eimeria,
Babesia, Theileria. Características morfológicas, ciclos biológicos, enfermedades que causan.
CAPITULO 9. PROTOZOARIOS II
Características especiales del metabolismo de los Protozoarios parásitos, en comparación con el del huésped
mamífero: aplicaciones en el desarrollo de quimioterapia. La fermentación aeróbica de la glucosa por los
Trypanosomátidos: localización subcelular de las enzimas principales. Peculiaridades del metabolismo de los
parásitos sin mitocondrias (Entamoeba, Giardia y Trichomonas). El papel del hidrogenosoma en el
metabolismo de Trichomonas y los ciliados anaerobios del rumen. Metabolismo de otros Protozoarios
parásitos.
CAPITULO 10. GENETICA BACTERIANA. BACTERIOFAGOS EN BIOLOGIA MOLECULAR.
-Mutación y mutantes. Frecuencia de mutación. Mutágenos.
-Complementación. Recombinación genética
-Transformación generalizada y especializada
-Plásmidos: plásmidos conjugativos y no conjugativos. Grupos de incompatibilidad. Importancia biológica y
médica de los plásmidos.
-Comjugación, transferencia del cromosoma, cepas hfr.
-Transposones, mecanismo de transposición.
-Organización cromosomal en procariotes.
-Bacteriófagos en biología molecular
CAPITULO 11. BACTERIAS PATOGENAS
-Patogenicidad y factores de virulencia: conceptos.
-Bacterias que colonizan. Mecanismos de adherencia.
-Bacterias que invaden. Mecanismos de acción.
-Toxinas: endo y exotoxinas bacterianas. Importancia de las mismas en las intoxicaciones alimentarias.
-Regulación de los genes de virulencia: cambios adaptativos, reordenamiento en la molécula de DNA.
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Regulación transcripcional y post-transcripcional.
Aplicaciones de los factores de virulencia al diagnóstico bacteriológico y el desarrollo de vacunas.
CAPITULO 12. ECOLOGIA MICROBIANA
-Ecosistema. Microambiente, características generales de los ambientes naturales, nivel de nutrientes,
superficies.
-Los microbios en su ambiente: tasa de crecimiento, competencia (ejemplos), cooperación, simbiosis.
-Métodos en ecología microbiana. Aislamiento. Cultivo de enriquecimiento, columna de Winogradsky,
quimiostato, enriquecimiento sobre láminas. Obtención de cultivo puro. Recuento bacteriano por dilución y
siembra en placas
-Identificación y recuento in situ: microscopia electrónica de exploración, tinción con colorantes
fluorescentes. Uso de anticuerpos fluorescentes, uso de sondas de ácidos nucleicos.
-Medición de actividad microbiana en su hábitat: uso de radioisótopos, uso de electrodos, uso de isótopos
estables.
-Hábitat acuáticos, ambientes terrestres, microbiología del mar profundo (bacterias barotolerantes y barófilas),
respiraderos hidrotérmicos, chimeneas negras.
-Ciclo del C, N, S y Fe. Biodegradación de moléculas y su aplicación biotecnológica.
CAPITULO 13. BIOTECNOLOGIA.
FERMENTACION EN BATCH Y CONTINUA
Producción en gran escala de proteínas de microorganismos recombinantes. Principios del crecimiento
microbiano. Fermentación con re-alimentación. Fermentación contínua. Maximización de la eficiencia de los
procesos de fermentación. Bioreactores. Sistemas de fermentación en gran escala típicos. Cosecha de células
microbianas. Ruptura de células microbianas.
PRACTICAS DE LABORATORIO
OBJETIVOS GENERALES
1) Manipulación general en el laboratorio de microbiología.
2) Introducción al mundo microbiológico: nomenclatura, diferenciación, observación.
3) Conocimiento fundamentado de los requerimientos de los microorganismos y de las consecuencias de su
desarrollo en el medio.
4) Introducción a la metodología científica: planteamiento de objetivos, desarrollo experimental, elaboración
de conclusiones, búsqueda bibliográfica, escritura de informes.
NORMAS DE SEGURIDAD
Aspectos básicos de las normas de seguridad a seguir en laboratorios de microbiología.
TP Nº 1
METODOLOGÍA GENERAL DE TRABAJO
Objetivo 1: Aprendizaje de las técnicas básicas que se utilizan para el cultivo de microorganismos.
a) Preparación de medios de cultivo. Uso de balanzas, medición de pH.
b) Técnicas de esterilización.
c) Trabajo en condiciones de asepsia. Preparación de placas de Petri, tubos con medio de cultivo sólido y
líquido.
d) Técnicas de siembra en cultivo líquido y en cultivo sólido: estriamiento, punción, rastrillado, volcado.
Objetivo 2: Detección de contaminantes, presencia de microorganismos en el medio ambiente.
a) Observación de la presencia de microorganismos en nuestro ambiente.
b) Control de trabajo en condiciones de asepsia
c) Control de asepsia.
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TP Nº 2
CARACTERÍSTICAS MACRO Y MICROSCÓPICAS DEL
DESARROLLO BACTERIANO.
Objetivo: entrenamiento en la preparación de extendidos y en distintas técnicas de coloración.
Observación de distintas morfologias y agrupamientos bacterianos.
TP Nº 3
CURVA DE CRECIMIENTO Y RECUENTO DE VIABLES
Se pretende que los alumnos puedan identificar y analizar el crecimiento bacteriano utilizando varias técnicas
de uso frecuente en el laboratorio microbiológico.
Objetivos:
1) Analizar el crecimiento bacteriano teniendo en cuenta la densidad óptica y el recuento de colonias del
cultivo a distintos tiempos de incubación.
2) Graficar los datos experimentales a fin de obtener la curva de crecimiento para cada cultivo.
TP Nº 4
AISLAMIENTO DE MICROORGANISMOS. DIVERSIDAD
METABÓLICA
Medios de enriquecimiento, selectivos y diferenciales:
Para aislar un microorganismo de la naturaleza se debe conocer previamente los requerimientos nutricionales
del mismo y las condiciones ambientales propicias para su desarrollo.
Objetivos: Los alumnos deberán buscar en la bibliografía las características metabólicas y el hábitat de los
microorganismos que se van a aislar.
En base a los estudios realizados sobre el metabolismo y los requerimientos nutricionales de las bacterias, se
han desarrollado medios de cultivo para facilitar el trabajo en el laboratorio cuando se parte de materiales que
supuestamente tendrían más de una especie bacteriana. Así tenemos medios que permiten:
a) favorecer el crecimiento de un microorganismo sobre otros, es decir "enriquecerlo" con respecto a una
especie; b) "seleccionar" el crecimiento de determinadas bacterias, inhibiendo el de otras; y c) poder
"diferenciar" colorimétricamente las distintas especies bacterianas.
TP Nº 5
PRUEBAS BIOQUÍMICAS
La utilización de medios selectivos y diferenciales, las tinciones de Gram, características de las colonias y
motilidad en el estudio de una determinada bacteria nos brinda una gran información sobre el género
bacteriano con el que se está trabajando.
Una vez aislada una bacteria determinada, se le pueden realizar una serie de pruebas que evalúan su actividad
bioquímica. Esto permite hacer una identificación final de la especie en cuestión, es decir se estudian ciertos
sistemas enzimáticos que son únicos de cada especie y que sirven como marcadores de identificación. El
microorganismo a analizar se inocula en una serie de medios de cultivo que contienen sustratos específicos e
indicadores químicos para detectar cambios de pH o presencia de subproductos específicos.
Objetivos: a) Identificar distintas especies pertenecientes a la familia Enterobacteriaceae. b) Diferenciar
distintas especies de Pseudomonas. c) La diferenciación entre Estafilococos y Estreptococos.
T.P. No 6
LABORATORIO DE PARÁSITOS
El práctico tiene por objeto familiarizarse con las distintas técnicas que se utilizan en manipulación aséptica
de cultivo de parásitos y células. Preparación de medios, cultivo de células, mantenimiento de parásitos y de
células, tinción y recuento de células, preservación de células, uso de cámara de flujo laminar, riesgos y
normas de seguridad en laboratorios de parásitos patógenos para el hombre.
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TP Nº 7
MANIPULACION GENETICA EN BACTERIAS.
La transferencia de material genético en bacterias se da básicamente mediante tres procesos: transformación,
transducción y conjugación.
Objetivo general:
El trabajo práctico tiene como finalidad familiarizarse con estas técnicas
Objetivos específicos:
a) Transformar células competentes de Escherichia coli con un plásmido recombinante.
b) Producir cambios en el genotipo de una bacteria por conjugación y complementación funcional y por
transposición y generación de mutantes por inserción.
Durante la parte práctica de la materia se darán clases teóricas sobre los temas a desarrollar en los distintos
trabajos prácticos y se resolverán cuestionarios y problemas.
TP No 8
ECOLOGIA MICROBIANA.
Columna de Winogradsky y ciclo del azufre.
SEMINARIO DE BIBLIOGRAFÍA
Los alumnos expondrán una monografía sobre un tema relacionado con alguno de los tópicos a desarrollar
durante el curso previa presentación escrita y corrección de la misma. Dicha presentación será evaluada y la
nota se promediará con la nota de los informes, parcialitos prácticos y nota de concepto.
BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA
Libros:
Microbiology. Fifth Edition. Prescott-Harley-Klein. Ed. Mc Graw-Hill.
Microbiología. Décima Edición. Brock-Madigan. Ed. Prentice-Hall
Manual de Medios de Cultivo Merck. 1994
Direcciones Web relacionadas
http://141.150.157.117:8080/prokPUB/index.htm
http://www.cme.msu.edu/OTHER_SITES/micro.sites.htm
Información adicional
La guía de trabajos prácticos y clases teóricas en formato de pdf del cuatrimestre en curso se
encuentran en la pagina Web del Instituto de Investigaciones Biotecnológicas
http://iib.unsam.edu.ar en Docencia/ Cursos 2012.
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