Download Descargar - IES Julian Zarco

Importancia de los microorganismos
1. Viven en todos los ecosistemas
2. Gran diversidad metabólica
3. Tamaño pequeño que confiere ventajas
fisiológicas
4. Relación con el medio en el que viven
5. Son una fuente de alimento para
organismos superiores
6. Importante papel en los procesos de
descomposición de rocas
7. Participación en la formación de
combustibles fósiles
8. Descomponedores de materia orgánica
9. Establecen relaciones con otros seres
vivos (tanto beneficiosas como nocivas)
Beneficios de los microorganismos
1. Protozoos flagelados: Degradación de celulosa y lignina en el
intestino de insectos xilófagos.
2. Bacterias del intestino de rumiantes. Degradación de la celulosa
por fermentación.
3. Asociación de algas y hongos: Líquenes
4. Transformaciones en el ciclo de la materia
5. Fuente de alimentos, bebidas, antibióticos y enzimas
6. Ayudan al control de la contaminación
7. Fabricación de sustancias médicas de interés mediante
ingeniería genética
Ciclos de la materia: el carbono
Ciclos de la materia: el azufre
Ciclos de la materia: el nitrógeno
Ciclos de la materia: el fósforo
Ciclos de la materia: el hierro
El ciclo de este elemento está asociado a
la conversión entre sus formas Fe2+ más
solubles
que
las
Fe3+.
Los
microorganismos que oxidan hierro
(quimiolitotrofos) producen cambios en
la accesibilización del elemento a otros
miembros del ecosistema.
Microorganismos y salud
Muchos microorganismos son comensales o simbiontes de otros seres vivos. En
ocasiones pueden pasar a ser predadores o parásitos.
Cuando infectan a otros organismos causándoles problemas se les llama
microorganismos patógenos. Los microorganismos inocuos pero que pueden
convertirse en patógenos cuando cambian las condiciones del medio se llaman
oportunistas:
Los patógenos pueden ser:
Generalistas:
Son microbios normalmente
saprófitos que infectan a otros
organismos debilitados o si
penetran en grandes cantidades
Especialistas
Son microbios que viven generalmente a
cuenta de un hospedador. Suelen ser
específicos de una especie o de especies
próximas. Algunos tienen ciclos en
especies diferentes que mantienen entre
ellas relaciones tróficas lo que facilita su
propagación.
INFECCIÓN
Invasión de un ser vivo por
microorganismos patógenos
Puede producir una
enfermedad (no
siempre)
Patogenicidad o virulencia del microorganismo
Susceptibilidad del huésped
Depende de:
Factores ambientales
Equilibrio con la flora bacteriana autoctona
Fases de la infección
•
•
•
Adherencia específica a tejidos del huésped o entrada en células específicas
pasivamente o activamente.
Penetración Una vez adherido, el microorganismo puede liberar toxinas o penetrar
en el tejido y diseminarse por distintas zonas.
Reproducción. Una vez ha entrado el microorganismo se multiplica. En general todas
las infecciones pasan por tres etapas:
1. Periodo
de
incubación.
Tiempo
comprendido entre la entrada del agente
hasta la aparición de sus primeros síntomas.
Aquí el patógeno se puede multiplicar y
repartirse por sus zonas de ataque. Varia el
tiempo dependiendo de la enfermedad.
2. Periodo de desarrollo. Aparecen los
síntomas característicos.
3. Convalecencia. Se vence a la enfermedad y
el organismo se recupera.
Toxinas
Sustancias venenosas de bajo peso molecular producidas generalmente por
bacterias, que causan daño en el organismo en el que se encuentran.
1. Exotoxinas: proteínas liberadas al medio
extracelular. Entre estas destacan las
enterotoxinas que producen infecciones
alimentarias. Ej. Toxina botulínica.
2. Endotoxinas: lipopolisacáridos que forman
parte de la pared bacteriana y por tanto
permanecen unidas al microorganismo.
Exotoxinas
Excretadas por células vivas.
Concentración grande en el medio líquido.
Producidas por bacterias gram(-) y gram (+).
Polipéptidos de alto peso molecular.
Relativamente inestables; Se destruyen por
calentamiento a temperatura mayores de
60ºC.
Altamente antígena.
Altamente tóxica; mortal para animales en
cantidades de µg o menores. Dosis letal
pequeña.
Suele unirse a receptores específicos de la
célula.
Por lo general no produce fiebre en el
huésped.
Con frecuencia se controla por genes
extracromosómicos (por ejemplo, plásmido).
Específicos para ciertos tipos de función
celular.
Endotoxinas
Parte integral de la pared celular de bacterias
gram(-) . Se liberan al morir la bacteria, y
durante el crecimiento. No necesitan liberarse
para mostrar su actividad biológica.
Sólo se encuentran en bacterias gram(-) .
Lipopolisacáridos complejos.
Relativamente estable; resiste el calor a
temperaturas mayores de 60ºC durante horas
sin perder su toxicidad. Pueden resistir al
autoclave.
Débilmente inmunógena.
Moderadamente tóxica; mortal para animales
en cantidades de 10 a 100 µg. Dosis letal muy
grande.
No hay receptores específicos en las células.
En general produce fiebre en el huésped.
Síntesis dirigida por genes cromosómicos.
Varios efectos pero principalmente síntomas
de choque generalizado o hipersensibilidad.
endotoxinas
exotoxinas
liberación de
exotoxinas
Muerte bacteriana y
liberación de
endotoxinas
Lipido A
Agentes patógenos
Robert Koch (1843-1910) fue uno de los más importantes bacteriólogos de todos los
tiemposDescubrio el bacilo de la tuberculosis y el bacilo del cólera y es considerado el
fundador de la bacteriología. Trabajó en el aislamiento de agentes infecciosos y
reinfecciones a partir de cultivos puros, experiencias a partir de las cuales estableció los
“Postulados de Koch”.
1- El agente debe estar presente en cada caso de la enfermedad y
ausente en los sanos.
2- El agente no debe aparecer en otras enfermedades.
3- El agente ha de ser aislado en un cultivo puro a partir de las
lesiones de la enfermedad.
4- El agente ha de provocar la enfermedad en un animal
susceptible de ser inoculado.
5- El agente ha de ser aislado de nuevo en las lesiones de los
animales en experimentación.
Bacilo de koch
Términos de epidemiología
Infecciones bacterianas
Enfermedad
Agente
Brucelosis
Brucella spp.
Cólera
Vibrio cholerae
Difteria
Escarlatina
Fiebre Q
Fiebre tifoidea
Legionelosis
Tuberculosis
Tétanos
Principales síntomas
Fiebre ondulante, adenopatía, endocarditis,
neumonía
Fiebre, diarrea, vómitos, deshidratación.
Fiebre, amigdalitis, membrana en la garganta:
lesiones en la piel
Fiebre, amigdalitis, eritema
Fiebre alta, cefalea intensa, mialgia, confusión,
Coxiella burnetii
vómitos, diarrea
Fiebre alta, bacteriemia, cefalalgia, estupor,
Salmonella typhi, S.
tumefacción de la mucosa nasal, lengua tostada,
paratyphi
úlceras en el paladar; hepatoesplenomegalia, diarrea,
perforación intestinal
Legionella pneumophila
Fiebre, neumonía
Fiebre, cansancio, sudor nocturno; necrosis
Mycobacterium tuberculosis
pulmonar
Clostridium tetani
Fiebre, parálisis
Corynebacterium
diphtheriae
Streptococcus pyogenes
Infecciones por protozoos y por hongos: micosis
Infecciones por hongos
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Aspergilosis
Candidiasis
Cromomicosis
Dermatofitosis
Esporotricosis
Histoplasmosis
Otomicosis
Pitiriasis versicolor
Queratomicosis
Cigomicosis
Enfermedades infecciosas por protozoos
•
•
•
•
•
Leishmaniosis
Malaria
Criptosporidiosis
Toxoplasmosis
Amebiasis, etc.
ALGUNAS ENFERMEDADES PRODUCIDAS POR PROTOZOOS
Grupo
Flagelados
Especie
Enfermedad
Principal vía de transmisión
Trichomonas vaginalis
Infecciones del tracto
genitourinario
Contacto sexual (enfermedad
venérea).
Trypanosma
gambiense,
T.rhodesiense,
Enfermedad del sueño (africana) Mosca tsé-tsé (Glossina palpalis).
Trypanosma cruzi
Enfermedad de Chagas
(americana)
Hemípteros triatómidos
(chinches).
Leishmania donovani
Kala-azar (americana)
Leishmania tropica
Lesiones cutáneas, leismaniosis
(americana)
Mosca de los arenales
(Phlebotomus)
Amebas
Entamoeba histolytica Disentería amebiana
Ingestión de cistos
(contaminación fecal).
Ciliados
Balantidium coli
Disentería balantidiana
Ingestión de cistos
(contaminación fecal).
Malaria
Mosquito Anopheles (hembra).
Esporozoos Plasmodium
falciparum, P.vivax,
P.malariae, P.ovale
Isospora belli, I.huminis Infecciones intestinales
Ingestión de cistos
(contaminación fecal).
Infecciones víricas
Enfermedad
Dengue
Fiebre
amarilla
Fiebre de
Ébola
Agente
Flavivirus
Flavivirus
Filovirus
Gripe
Influenzavirus
Herpes
Herpesvirus
Poliomielitis Enterovirus
Rabia
Rhabdovirus
Rubéola
Rubivirus
Sarampión
Morbillivirus
Varicela
Varicela-zoster
Viruela
Orthopoxvirus
Principales síntomas
Fiebre, dolor intenso en las articulaciones y músculos, inflamación de los
ganglios linfáticos y erupción ocasional de la piel
Fiebre alta, ictericia, sangrado de nariz y boca, vómito negro, bradicardia a pesar
de la fiebre, deshidratación
Fiebre alta, postración, mialgia, artralgias, dolor abdominal, cefalea, erupciones
hemorrágicas en todo el cuerpo.
Fiebre, astenia, anorexia, cefalea, malestar general, tos seca, dolor de garganta,
gastroenteritis, vómitos, diarrea.
Ampollas cutáneas en la boca (herpes labial), en los genitales (herpes genital) o
en la piel (herpes zóster)
Inflamación en las neuronas motoras de la columna vertebral y del cerebro que
ocasiona parálisis y atrofia muscular
Fiebre, vómitos, confusión, agresividad, alucinaciones, convulsiones, parálisis,
diplopía, hidrofobia, coma y muerte
Fiebre, cefalea, erupciones en la piel, malestar general, enrojecimiento de los
ojos, faringitis, inflamación dolorosa de ganglios alrededor de la nuca
Fiebre, erupciones en la piel, tos, rinitis, diarrea, neumonía, encefalitis
Fiebre, cefalea, malestar general, adelgazamiento, erupción cutánea en forma de
ampollas
Fiebre alta, malestar, cefalea, fuerte erupción cutánea en forma de pústulas, que
dejan graves cicatrices en la piel
Microorganismos y biotecnología
LOS MICROORGANISMOS
Tienen importancia para el hombre en
campos como
AGRICULTURA Y
GANADERÍA
INDUSTRIA
Con utilidades como
con
ASPECTOS
NEGATIVOS
• Organismos patógenos
ASPECTOS
POSITIVOS
• Plantas leguminosas
• Animales rumiantes
LIXIVIACIÓN
MICROBIANA
CONSERVACÍÓN DEL
MEDIO AMBIENTE
Con utilidades como
OBTENCIÓN DE
ENERGÍAS
FERMENTACIONES
LUCHA CONTRA LA
CONTAMINACIÓN
FARMACIA
BIOTECNOLOGÍA
SALUD
Estudiando los agentes
infecciosos la
MICROBIOLOGÍA
CLÍNICA
Un microorganismo para ser útil en procesos biotecnológicos debe
tener las siguientes características:
1.
2.
3.
4.
Crecer rápidamente
Poder ser cultivado a gran escala
Producir sustancias útiles
Hacerlo en poco tiempo
PRODUCTOS DE LAS CÉLULAS
Alcohol
Enzimas
Antibióticos
Aditivos
alimenticios
Productos
químicos
Industria alimentaria
Son procesos de fermentación, que pueden ser:
•
•
Fermentación anoxidativa.- Sin aireación
Fermentación oxidativa.- Se inyecta aire, es una oxidación incompleta
Fermentación acética
Principales
procesos de
fermentación
Fermentación alcohólica
Fermentación láctica
La fermentación acética
La fermentación acética es la fermentación
bacteriana por Acetobacter, un género de
bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en
ácido acético.
La fermentación acética del vino proporciona el
vinagre debido a un exceso de oxígeno y es
considerado uno de los fallos del vino.
La fermentación alcohólica
Mediante este tipo de proceso se forman productos como vino, pan o cerveza.
Producción de vino
Saccharomyces Cerevisiae
Producción de cava y champan
Se
sigue
el
llamado
méthode
champenoise, en el que se hace una
primera fermentación alcohólica igual que
en el vino, y una segunda fermentación en
botella tras la adición de azucares. El CO2
generado en esta segunda fermentación
es el origen de las burbujas del cava
Producción de cerveza
Se obtiene a partir de la fermentación de
granos germinados de cereales (cebada, arroz
o maíz. Esto es lo que se llama malteado (se
generan amilasas que convierten el almidón en
glucosa).
Producción de pan
Se obtiene de la fermentación de
una masa formada por harina de
cereales, agua, sal y levaduras.
Una vez fermentada, la masa se
mete en un horno
El CO2 queda atrapado en la masa
cocida, formando las burbujas que
se ven en la miga del pan.
El etanol formado, se volatiliza en
la cocción.
La fermentación láctica
La leche se convierte en ácido
láctico por la acción de bacterias
de los géneros Lactobacillus,
Streptococcus o Leuconostoc.
Como resultado de la formación
del ácido, baja el pH, y las
proteínas se desnaturalizan y
precipitan formando la cuajada, a
partir de la que se elaboran los
diferentes productos lácteos:
queso, yogur, kefir…
Producción de queso
La cuajada sufre una nueva fermentación a cargo de bacterias y
hongos que hidrolizan las proteínas hasta dar primero
aminoácidos y luego aminas, ácidos grasos y amoniaco.
Producción de mantequilla
Los Streptococcus de la leche la agrian, generando la nata, a partir
de la cual se genera la mantequilla
Producción de yogur
La fermentación de la lactosa (el azúcar de la leche) en ácido
láctico mediante bacterias. El incremento de ácidez evita la
proliferación de bacterias patógenas
Industria farmacéutica
El producto más importante que generan los
microorganismos en relación a la industria
farmacéutica son los antibióticos.
En biología, un antibiótico es una sustancia química
que a bajas concentraciones mata o impide el
crecimiento de ciertas clases de microorganismos
sensibles.
Normalmente un antibiótico es inofensivo para el
huésped, aunque puede producirse una reacción
adversa al medicamento o afectar a la flora
bacteriana normal del organismo.
Se espera que la toxicidad de los antibióticos sea
superior para los organismos invasores que para los
animales o los seres humanos que los hospedan
Otros productos interesantes en la industria
farmacéutica son las enzimas:
•
•
•
Pueden ser aplicados en industrias
farmacéuticas, textiles, alimentarias,
químicas…
Su producción ha aumentado mucho
con los métodos de ingeniería genética.
Se generan en medios baratos y en
condiciones aerobias.
Tipos de enzimas:
Proteasas: Industria limpieza (detergentes)
Amilasas y glucoamilasas: Fabricación de
edulcorantes para la industria alimentaria y
tratamientos anticancerosos (dihidrofolato
reductasa).
Ingeniería genética microbiana
Consiste en introducir genes de interés en bacterias, cultivarlas a gran
escala, obtener la proteína correspondiente y purificarla. También se
pueden obtener de esta forma organismos transgénicos.
Ingeniería
genética
Identificación y aislamiento de
GENES TERAPÉUTICOS
Obtención de
ORGANISMOS
TRANSGÉNICOS
implica
para
Extración del ARNm
Traducción y obtención
de la proteína
Estudio de la posible
solución terapéutica
Producción de
medicamentos
Conseguir órganos
para trasplante
Sustancias obtenidas por ingeniería genética
Fármacos
Vacunas
Hormonas
Esteroides
Otros usos
Proteínas
Como fuente
de alimentos
Vitaminas
Plaguicidas
No son tóxicos para el
ser humano o los
animales
Microorganismos y medio ambiente
Biotecnología ambiental
Pseudomonas
Biorremediación
Biodegradación
Proceso que utiliza microorganismos,
hongos, plantas o las enzimas derivadas
de ellos para retornar un medio ambiente
alterado por contaminantes a su
condición natural.
Es el resultado de los procesos de
digestión, asimilación y metabolización
de un compuesto orgánico llevado a cabo
por bacterias, hongos, protozoos y otros
organismos
Biodegradación del petróleo
La biodegradación microbiana del petróleo es un
proceso complejo que consiste en transformarlo
en otros compuestos más solubles e inestables.
Esta se lleva a cabo por acción de
monooxigenasas y dioxigenasas, enzimas que
oxidan a los hidrocarburos con incorporación
directa de oxígeno molecular.
Cada una de estas enzimas controla un paso de
las vías metabólicas, por las cuales las sustancias
tóxicas son transformadas en productos no
tóxicos.
La inoculación directa de microorganismos
degradadores de petróleo, principalmente
bacterias, ha sido estudiada como una vía para
disminuir las consecuencias nocivas de un
derrame.
En los procesos de biorremediación se necesita la adición de fertilizantes (N, P,
Fe) que equilibren el exceso de carbono aportado al medio por el petróleo,
facilitando su degradación por la microbiota petroleolítica. Dicha microbiota
puede limitarse a la que coloniza espontáneamente el espacio afectado, o
reforzarse con siembras procedentes de cultivos masivos preparados ad hoc con
recursos muy simples.
A su vez, el refuerzo puede contener únicamente especies autóctonas o incluir
alóctonas que cumplan las siguientes restricciones:
1)
2)
3)
4)
no modificadas genéticamente
no fotosintéticas
no parásitas
no productoras de esporas u otras formas de resistencia.
Tratamiento de aguas residuales
Aguas residuales
Materia orgánica
Restos de comida, pesticidas,
abonos, plasticos
Materia inorgánica
Metales, lodos y arcillas…
En las plantas depuradoras ( E.D.A.R.) se realiza el proceso de separación de estos
compuestos y posteriormente, a través de distintos tratamientos en los que
participan los microorganismos se van eliminando hasta devolverla al medio en unas
condiciones aceptables.
Esquema EDAR
Agua residual
Desbaste
Desarenado
desengrasado
Depósitos de
laminación
Decantación
primaria
Espesamiento
Deshidratación
Al vertedero,
incineradora,
compostaje
Fangos
Digestión
Tratamiento
secundario: Fangos
activos o lechos
bacterianos
Metano
Producción
de energía
Receptor natural
Decantación
secundaria
Tratamiento de afino
filtración, desinfección
Fermentación de la materia orgánica en una E.D.A.R.
TANQUES CERRADOS
TANQUES ABIERTOS
Digestión enzimática de la
MO por fermentación.
Proceso aerobio
(oxidación de la MO)
Después de varios
procesos se obtiene
metano
Se obtiene CO2,NH3, e
iones nitrato, sulfato y
fosfato
Zooglea ramigera
Methanosarcina
Aeromonas
Syntrophomonas
Syntrophobacter
Methanococcus
El agua una vez eliminada la materia orgánica en los tanques, se somete a una
potabilización antes de verterla de nuevo al río. Es importante la eliminación
de compuestos inorgánicos (nutrientes de las algas) para evitar la eutrofización
del medio natural donde se vierten las aguas.
Para medir la materia orgánica presente en el agua se mide la DBO (demanda
biológica de oxígeno).
Materia orgánica
+
Cantidad de
oxígeno
necesaria para
degradarla
Una EDAR puede reducir la DBO inicial del agua en un 90%
Microorganismos y minería
Biolixiviación es el conjunto de reacciones
químicas que tienen como resultado la disolución
de minerales de baja ley o casi agotados por parte
de bacterias para obtener la energía que necesitan
a expensas de sustancias inorgánicas, liberando de
paso metales de interés comercial.
Estos microorganismos son denominados quimiolitoautotróficos por ser bacterias
que comen piedras, destacándose entre todos ellos el Thiobacillus ferrooxidans
En el caso de la extracción de petróleo, se utilizan
polisacaridos de origen bacteriano (de Xantomonas), que
inyectados junto con agua a presión permiten obtener los
restos de petróleo (petróleo cautivo) de un yacimiento.
Las bacterias son capaces de oxidar entre
otros, los siguientes sulfuros:
Pirita (FeS2), Calcopirita (CuFeS2),
Cobaltita (CoAsS), Bravoita (Ni,Fe)S2,
Antimonita (Sb2S3), Molibdenita (MoS2),
Esfalerita (ZnS), Galena (PbS)
Leptospirillum ferrooxidans
Sulfobacillus
Microorganismos y biocarburantes
Biodiesel
Lipasas de Candida, Pseudomonas o
Penicillium para la esterificación de
trigliceridos de distinto origen
Bioetanol
Fermentación alcohólica de azucares
vegetales
Biocarburantes
El Biodiesel es un combustible liquido que se obtiene a
partir de materias primas renovables, como aceites y
grasas vegetales y/o aceites de fritura usados, y es
asimilable al gasóleo de automoción de origen fósil
(petróleo). Los aceites vegetales que se utilizan suelen
ser la soja, la colza, la palma y el girasol.
Transesterificación Obtención de
biodiesel y
glicerina
Mezcla con etanol/
metanol
Aceites vegetales
El proceso de fabricación es una esterificación
que consiste en combinar el aceite
(normalmente aceite vegetal) con un alcohol
ligero, normalmente metanol. Los ésteres
obtenidos son equivalentes al gasóleo y deja
como residuo de valor añadido propanotriol
(glicerina) que puede ser aprovechada por la
industria cosmética, entre otras.
Ventajas
1. El biodiésel disminuye de forma notable las principales emisiones de los vehículos,
como son el monóxido de carbono y los hidrocarburos volátiles, en el caso de los
motores de gasolina, y las partículas, en el de los motores diésel.
2. La producción de biodiésel supone una alternativa de uso del suelo que evita los
fenómenos de erosión y desertificación a los que pueden quedar expuestas
aquellas tierras agrícolas que, por razones de mercado, están siendo abandonadas
por los agricultores.
3. El biodiésel supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2
producidas por los combustibles derivados del petróleo, constituyendo así un
elemento importante para disminuir los gases invernadero producidos por el
transporte.
4. No tiene compuestos de azufre por lo que no los elimina como gases de
combustión.
Inconvenientes
•
La explotación de plantaciones para palmas de aceite (utilizadas para hacer
biodiésel) fue responsable de un 87% de la deforestación de Malasia, Sumatra,
y Borneo, con la consiguiente destrucción de muchos ecosistemas y desalojo
de indígenas.
•
Tiene una menor capacidad energética, aproximadamente un 3% menos,
aunque esto, en la práctica, no es tan notorio ya que es compensado con el
mayor índice cetano, lo que produce una combustión más completa con
menor compresión.
•
El rendimiento promedio para oleaginosas como girasol, arroz, algodón, soja o
ricino ronda los 900 litros de biodiésel por hectárea cosechada. Esto puede
hacer que sea poco práctico para países con poca superficie cultivable.
Bioetanol
El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la
fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales,
tales como cereales, remolacha, caña de azúcar, sorgo o biomasa. Estos
azúcares deben ser primero hidrólizados y luego se someten a una
fermentación (bacterias y levaduras).
En este proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado
del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible.
El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto
poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una
importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores
tradicionales de combustión.
Las ventajas e inconvenientes de este biocombustible son similares al caso del
biodiésel.
Maíz
Trigo
Cebada
Sorgo
Almidones
Madera
Residuos
de podas
RSU
Remolacha
Caña de azúcar
Melaza
Hidrólisis
Hidrólisis
Azúcares
Fermentación, Destilación
Etanol hidratado
Deshidratación
Etanol
Celulosas