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TEMAS 18-19
MICROORGANISMOS Y
BIOTECNOLOGÍA
1. MICROBIOLOGÍA
A. CONCEPTO DE MICROORGANISMO.
B. LOS MICROORGANISMO Y SU RELACION CON OTROS
ORGANISMOS
C. GRUPOS DE MICROORGANISMOS
D. IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN EL MEDIO
E. MICROORGANISMOS PRODUCTORES DE ENFERMEDADES
2. INGENIERÍA GENÉTICA
A. CONCEPTO Y APLICACIONES
B. TECNOLOGIA DEL ADN RECOMBINANTE
3. BIOTECNOLOGÍA
A. CONCEPTO Y APLICACIONES
B. INDUSTRIA ALIMENTARIA
C. INDUSTRIA FARMACEUTICA
D. MEDIO AMBIENTE
E. INDUSTRIA AGROPECUARIA
1. MICROBIOLOGÍA
A. CONCEPTO DE MICROORGANISMO. DIVERSIDAD Y CLASIFICACIÓN
• Concepto: variado grupo de seres vivos que por su tamaño solo pueden
observarse al microscopio, sea óptico o electrónico
• Características:
• Relación S/V alta…………..intercambio eficaz de nutrientes
• Metabolismo y reproducción rápidos
• Nutrición autótrofa o heterótrofa
• Procariotas (bacterias y arquebacterias) y eucariotas (algas,
protozoos, hongos)
• Gran capacidad de alterar el medio en el que viven
Clasificación de microorganismos
-Clasificación tradicional (Whitttaker y Margulis) , 5
reinos:
-1. Moneras . Procariotas (Bacteria y
Arqueobacterias)
-2. Protoctistas. Protozoos (heterótrofos) y algas
(autótrofos)
-3. Fungi. Hongos . Heterótrofos.
-4. Metafitas. Plantas
-5. Metazoos. Animales
-Criterios actuales (Woese). Árbol filogénetico de
la vida a partir LUCA ( Last Universal Cellular
Antecesor). Se diferencian los seres vivos según el
ARN- R
-Existen tres ramas evolutivas : Bacteria,
Archaea y Eukarya
-Estas tres ramas se llaman DOMINIO y estarían
por encima de la categoría taxonómica de
Reino
B.
LOS MICROORGANISMOS Y SU RELACIÓN
CON EL MEDIO
1. Simbiosis (relación entre dos seres vivos,
ambos beneficiados)…..mutualismo
• Ejemplos: Rumiantes (bacterias estómago)
insectos xilófagos
(protozoos)
humanos (bacterias)
Nódulos radicales leguminosas
(Rhizobium fija
nitrógeno)
2. Parasitismo. Uno beneficiado, otro
perjudicado. Enfermedades
3. Saprófitos.Descomposición materia
orgánica. Fermentaciones y putrefacciones.
Nódulos de Rhizobium
Reciclan material
C. GRUPOS DE ORGANISMOS
MICROORGANISMOS
1. Bacterias Eubacterias
2. Arqueobacterias
3. Protoctistas. Algas y Protozoos
4. Hongos
5. Virus
6. Cianobacterias y micoplasmas
1. Bacterias
BACTERIAS
Estructura
Cocos, Bacilos, Vibrios, Espirilos
Membrana plasmática Parecido a eucariotas (bicapa), pero sin colesterol. Con mesosomas (invaginaciones que
ayudan en el reparto del nucleoide en la reproducción y también en el metabolismo celular).
Pared bacteriana
Da rigidez y forma
Cápsula bacteriana
Flagelo bacteriano
Pelos bacterianos,
fimbria o pili
Citoplasma
Material genético
Dos tipos: GRAM + (con peptidoglicanos y ácidos teicoicos) y GRAM – (con
peptidoglicanos y membrana externa; mayor resistencia a bactericidas)
Envoltura de aspecto viscoso por encima de la pared. Con polisacáridos, polialcoholes o
aminoazúcares.
Funciones: Protección frente a la desecación, protección frente a anticuerpos, fijación de las
bacterias, protección frente a fagocitosis.
Prolongación filiforme, de mayor longitud que la bacteria, más sencillo que en eucariotas.
Puede variar en número y localización.
Sólo en gram-. Filamentos superficiales y huecos, formados por la proteína pilina.
Funciones: fijación a sustratos e intercambio de material genético
Sin orgánulos , excepto ribosomas 70 S.
Inclusiones de reserva (almidón, lípidos, volutita)
Cromosoma bacteriano, circular, bicatenario.
Nucleoide: sitio donde se localiza el cromosoma. Puede estar unido a los mesosomas
Plásmidos: moléculas de ADN de pequeño tamaño que se replican independientemente del
ADN bacteriano.
Metabolismo y reproducción de bacterias
Metabolismo
• Aerobias, anaerobias (estrictas
o facultativas)
• La mayoría heterótrofas
(saprobiontes, comensales,
parásitas, simbiontes)
• Autótrofas fotosintéticas
(anoxigénica)
• Autótrofas quimiosintéticas
(del H2, sulfurosas incoloras,
nitrificantes, del hierro)
Reproducción:
• Asexual (bipartición)
• Parasexual (recombinación
genética entre bacterias)
• Transducción (a través
de virus)
• Transformación (ADN
libre penetra en una
célula)
• Conjugación
(intercambio de
plásmido a través de
pelo sexual)
http://www.iesguillemcifre.cat/menu7/menu7_2/biob2/SI
MULACIONS%20DE%20BIOLOGIA/conjugaison.swf
Transducción. Traspaso de
material genético de una
bacteria a otra utilizando un
virus como vehículo
transmisor
2. Arqueobacterias
• Membrana sin fosfolípidos (isopreno)
• Pared celular diferente de bacterias (pseudopeptidoglicanos, sin
mureína)
• Extremófilas (con extremoenzimas que aguantan esas condiciones sin
desnaturalizar)
• Termófilas (>45ºC), psicrófilas (4ºC), acidófilas (fuentes
hidrotermales), alcalófilas (lagunas kársticas) halófilas (mar Muerto)
3. Protoctistas. Algas y Protozoos
Protozoos
Son eucariotas unicelulares heterótrofos. Sin pared celular y pueden tener
movilidad.
Reproducción: Su reproducción asexual es por división binaria o gemación. La
reproducción sexual por conjugación (en la que hay fusión de gametos).
Nutrición: mediante fagocitosis o pinocitosis.
Ecología: viven en medio acuático, en el suelo, sobre materia orgánica o son
parásitos (muchos de ellos causan enfermedades).
Movimiento: cilios, flagelos, pseudópodos, los parásitos son inmóviles. (Esta
característica se utiliza para su clasificación).
Ejemplos importantes:
Forman parte del plancton (dinoflagelado,
Paramecium), forman depósitos
minerales (foraminíferos), parásitos
(Plasmodium- paludismo/ Trypanosomaenfermedad del sueño/
Entamoeba-disentería).
Clasificación protozoos en función de su movilidad
Algas microscópicas
Son eucariotas autótrofas unicelulares, que realizan fotosíntesis oxigénica .
Reproducción: Se reproducen asexualmente mediante bipartición, fragmentación
o por esporas. La reproducción sexual pueden llevarla a cabo en alternancia de
generaciones o por un tipo especial de conjugación.
Ecologia: son unicelulares o coloniales. Acuáticas (agua dulce o salada).
Movimiento: presentan flagelos de manera constante o en algún momento de su
ciclo vital, que les permiten moverse por el medio acuático.
Ejemplos importantes: todas forman parte del fitoplancton (producción de
oxígeno y base de los ecosistemas acuáticos)
Diatomeas (izq) y
Euglena (der)
4. Hongos microscópicos
Pertenecen al Reino Fungi. Son organismos eucariotas y heterótrofos
(descomponedores). Presentan paredes rígidas formadas por quitina.
Ecología: algunos acuáticos, la mayoría terrestres (saprofitos), parásitos
(micosis), simbiosis (líquenes).
Tenemos: mohos y levaduras
1. MOHOS (hongos microscopicos pluricelulares):
estan formados por filamentos celulares, llamadas
hifas que, en conjunto forman un cuerpo vegetativo,
denominado micelio.
La reproducción puede ser : asexual (por esporas o por
fragmentación) o sexual
Ecología: se encuentran ampliamente distribuidos en la
naturaleza, pudiendo vivir en condiciones extremas
Ejemplos: moho del pan (Rhizopus), moho de la fruta
(Penicillium), importante porque produce antibióticos
2. LEVADURAS (hongos microscopicos
unicelulares): tienen forma cilíndrica u
oval.
Se reproducen asexualmente mediante
gemación y sexualmente mediante
esporas.
Ecología: Están adaptadas a vivir en
medios ricos en azúcares (frutas, flores,
corteza de árboles). Pueden
vivir en simbiosis con animales o ser
patógenos.
Ejemplos importantes: aquellos que se
utilizan en microbiología industrial para
producir fermentaciones alcohólicas
(Saccharomyces); especies patógenas
(Candida).
5. Virus
• Parásitos intracelulares obligados
• Formados por:
• AN (ARN mc, bc; ADN mc o bc)
Si el AN tiene dirección 5´…….3´ se le llama cadena + (si al revés, cadena
negativa)
• Cubierta proteíca (cápsida, y las unidades capsómeros)
• Envoltura (a veces) parecido a membrana plasmática.
• Enzimas (polimerasas, transcriptasa inversa)
• Tipos de virus (helicoidal, icosaédrico, bacteriófagos)
Clasificación virus
El VIH-1 (virus de inmunodeficiencia humana de tipo 1) es un
retrovirus de la familia de los lentivirus.
Los retrovirus son virus de ARN que se reproducen
transformándose en ADN y empleando el material
genético de la célula que atacan. Los retrovirus a veces destruyen
las células a las que atacan; eso ocurre
en el caso del VIH.
Las células diana de este virus son los linfocitos T del sistema
inmune.
El virus es capaz de hacer múltiples copias de
sí mismo y de matar células del sistema inmunitario al hacerlo.
Con el tiempo, el sistema inmunitario no puede controlar la
cantidad de virus activo que circula en la sangre.
4. Otras formas acelulares
• Viroides: ARN mc circular. Se incluye en el núcleo celular produciendo
enfermedades (vegetales)
• Priones (glicoproteínas con capacidad infectiva. Es proteína PrP con
dos formas 3D: alfa-hélice (PrPc) y hélices beta o scrapie(Pr Psc). La
beta es insoluble, resistente a altas temperaturas y enzimas.
• Enfermedades :
• Encefalopatía enpongiforme bovina
• Creutfeldt-Jacob (carne contaminada)
6. Cianobacterias y micoplasmas
• Cianobacterias
• Algas verdeazuladas o cianofíceas
• Fotosintéticas con organización
procariota
• Con:
•
•
•
•
Envoltura gelatinosa
Pared celular
ADN
Láminas con clorofila en el
citoplasma (cromoplasma)
• Pueden fijar el nitrógeno
atmosférico (heterocistos)
• Micoplasmas
• Células más pequeñas de vida
libre que se conocen
• Sin pared celular (los antibióticos
no hacen nada)
• Membrana lipoproteíca
• ADN circular bc, ARN, ribosomas,
proteínas
• Algunos en mucosa oral y
urogenital
• Mycoplasma pneumoniae
(neumonía)
CIANOBACTERIAS
MICOPLASMAS
Micoplasma causante de la
neumonía
D. Los microorganismos en los ciclos
biogeoquímicos (T 19)
CICLO DEL CARBONO
Microorganismos causantes de enfermedades
• Microorganismos patógenos: son aquellos microorganismos causantes de enfermedades, son
parásitos.
• Microorganismos oportunistas: es el que infecta a un organismo por encontrarse este
• inmunodeprimido o bien por haber perdido su flora bacteriana propia.
• Infección: se denomina infección al crecimiento de microorganismos en el hospedador.
• Enfermedad infecciosa: enfermedad en la que se produce infección con éxito de un
microorganismo.
• Epidemia: enfermedad que se propaga durante algún tiempo por un país, acometiendo
• Simultáneamente a un gran número de personas.
• Pandemia: Epidemia de gran intensidad que afecta a un gran número de personas de una región
muy extensa (afecta a numerosos países)
• Enfermedad endémica: Enfermedad infecciosa, presente habitualmente en una determinada
región por causas locales.
• Zoonosis: enfermedad transmitida por animales.
• Vectores: cuando los animales actúan como intermediarios en la infección.
• Reservorios: sitios en los que los microorganismos permanecen vivos.
• Virulencia de un microorganismo: capacidad de estos para causar enfermedad, que depende de
su poder invasor y su toxicidad.
Patogenicidad de los microorganismos
Toxinas: sustancia producida generalmente por bacterias que causa
daño en el organismo en que se encuentra.
• Exotoxinas: proteínas liberadas al medio extracelular. Son
importantes las enterotoxinas ya que producen infecciones
alimentarias. Toxina botulínica.
• Endotoxinas: lipopolisácaridos que forman parte de la pared
bacteriana y por tanto permanecen unidas al microorganismo
¿Por qué sabemos que los microorganismos
causan enfermedades? Postulados de Koch
•Robert Koch fue el primero en aislar un patógeno y reconocer la relación
microorganismos-enfermedades.
•Robert Koch publicó sus postulados por primera vez en el año 1882 en
un artículo la tuberculosis , (aunque sus primeros estudios fueron del
carbunco) pero no fue hasta 1890 cuando estos postulados fueron
publicados tal y como los conocemos hoy
Postulados:
1. La bacteria patógena debe aislarse siempre
de animales enfermos y nunca de animales
sanos.
2. Cuando un animal está enfermo la bacteria
debe aislarse en cultivo puro.
3. Si la bacteria se inocula a otro individuo
debe reproducirse la enfermedad.
4. La bacteria debe aislarse nuevamente en
cultivo puro.
Curiosidad: carbunco. Primeros estudios de Koch
E. Microorganismos productores de
enfermedades
Vías de transmisión enfermedades
1. Transmisión directa: se produce como consecuencia de un gran
contacto físico (saliva, semen);
2. Transmisión vertical por la placenta y por inoculación, por
transfusiones o jeringuillas
3. Transmisión indirecta: a través de un objeto infectado (ropa,
vendajes) o mediante el aire, el agua,mediante los alimentos, o
un animal infectado (denominado vector)
Enfermedades por contacto directo
Clostridium tetani.
Produce tétanos por
heridas en la piel con
tierra u objetos
contaminados de
esporas
Rabia: producido por Virus
(Rhabdovirus) a través mordedura
de animal
Enfermedades a través del aire
Virus de la gripe (izq) y comparativa de los alvéolos pulmonares con
neumonía (pueden producirla muchos agentes infecciosos)
Enfermedades por vía sexual
Hepatitis B. vía sexual, o sangre
infectada.
VIH es la sigla del virus de inmunodeficiencia
humana. El VIH es un virus que mata o daña las
células del sistema inmunitario del organismo.
SIDA es la sigla del síndrome de
inmunodeficiencia adquirida. Es el estadio más
avanzado de esta infección
Enfermedades por agua o alimentos (ETA)
Las Enfermedades Transmitidas por Alimentos pueden generarse a
partir de un alimento o de agua contaminada. Son llamadas así
porque el alimento actúa como vehículo de transmisión de
organismos dañinos y sustancias tóxicas.
Larvas de Anisakis, y lata inflada
(botulismo)
Enfermedades transmitidas por vectores
Plasmodium, responsable de la malaria
Trypanosoma, responsable de la
enfermedad del sueño
Control de microorganismos
• Los microorganismos tienen crecimiento exponencial
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Fase de latencia (inoculación)
2. Fase exponencial (crecimiento)
3. Fase estacionaria (ya no hay
crecimiento, por falta de alimento
o espacio)
4. Fase de muerte (mueren por falta d
de alimento o por productos tóxicos de
su metabolismo)
Agentes antimicrobianos
• Tenemos agentes físicos, químicos y biológicos.
• Entre los físicos se encuentran el calor, el frio, la presión, las
radiaciones
• Entre los químicos hay muchos productos que matan a los
microorganismos (yodo, alcohol);
• Entre los biológicos nos encontramos una serie de sustancias que
actúan sobre el microorganismo, principalmente impidiendo su
reproducción, ya que interfieren en sus funciones biológicas
normales, entre ellos destacamos los antibióticos, vacunas, suero
Antibióticos
• Los antibióticos son sustancias que se producen por algunos
microorganismos, que inhiben el crecimiento o matan a otros
microorganismos.
• Se han descubierto un gran numero de antibióticos, pero tal vez,
menos del 1% de ellos han sido de valor práctico en medicina. Los
que han resultado útiles han tenido un impacto eficaz sobre el
tratamiento de las enfermedades infecciosas. También existen
antibióticos que pueden hacerse más efectivos mediante
modificaciones químicas y son los conocidos antibióticos
semisintéticos.
Tipos de antibióticos
• Tipos de antibióticos
1. Inhibición de la síntesis de la pared celular. b-lactámicos. Estos
antibióticos incluyen penicilinas, cefalosporinas y tetraciclinas.
2. Alteración de la permeabilidad selectiva de la membrana
plasmática (gramicidina, valinomicina)
3. Inhibición de la síntesis de proteínas. Eritromicina,
estreptomicina..
4. Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos. Rifamicina
2. INGENIERÍA GENÉTICA
• Definición: manipulación deliberada de ADN de
organismos vivos con el propósito de fabricar o
modificar un producto, mejorar plantas o animales o
desarrollar microorganismos para usos específicos
• Con estas técnicas se obtienen organismos
modificados genéticamente o la transferencia de
genes de unos organismo a otros para de este modo
obtener organismos transgénicos.
Técnicas de ingeniería genética
• 1. Obtención de ADN-r (recombinante)
• Con Enzimas de restricción (actúan en los puntos de restricción que pueden
ser simétricos o asimétricos
• Ligasas (unen extremos cohesivos)
2. Clonación del ADN.
Obtención de muchas copias de un fragmento de ADN.
Se pueden obtener a través de:
• Un vector de clonación. Pequeña molécula de ADN
que puede penetrar en una bacteria y
autorreplicarse en ella.
Los vectores de clonación suelen ser plásmidos y virus
bacteriófagos.
• PCR (reacción en cadena de la polimerasa). Se utiliza
una ADN polimerasa especial , termoestable, para
obtener multitud de copias.
Técnica de la PCR.
• 3. Genoteca de ADN.
Conjunto de segmentos de ADN de una especie determinada.
• Extraemos los ARMm maduro de una
célula y los pasamos mediante
transcriptasa inversa a ADNc (ADN
complementario de cadena sencilla)
• A continuación la ADN polimerasa sintetiza
la cadena molde y forma un ADNbc
• Por último, estas moléculas de ADN se
insertan en vectores de clonación y se
somete al proceso de clonación antes visto.
3.APLICACIONES INGENIERÍA GENÉTICA
• Aplicaciones médicas (vacunas, insulina, hormona del
crecimiento….)
• Aplicaciones agricultura/ganadería (animales transgénicos con
mayor productividad, plantas transgénicas resistentes a plagas,
plantas con mayor productividad, ganaderías «farmacéuticas»….
• Industria alimentaria (yogur, cerveza, vino…)
• Medio ambiente (biorremedación, biodegradación….)