Unidad de microbiología
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  • 1. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM1Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoUNIDAD MICROBIOLOGÍA1. Concepto y tipos de microorganismosLos microbios o microorganismos son seres vivos de tamaño microscópico y paraobservarlos hay que utilizar el microscopio (óptico o electrónico).Las unidades de medida utilizadas en microscopía para determinar las dimensiones de losmicroorganismos son el micrómetro o micra (μm), el nanómetro (nm) y el angstrom (Å). Susequivalencias son las siguientes:1 mm = 103µm = 106nm = 107ÅSe encuentran en todas partes, en cualquier ambiente, incluso en medios extremos (fuenteshidrotermales, salinas, etc.) incluso en el interior de otros seres vivos.Debido a su elevada tasa metabólica los microorganismos se multiplican con extraordinariarapidez. Así, una bacteria, en condiciones ideales de presión, temperatura y disponibilidad dealimento, se puede dividir por bipartición cada 20 minutos.Los microorganismos constituyen un grupo diverso y complejo de seres vivos que, a diferenciade los organismos superiores pluricelulares, pueden llevar a cabo los procesos vitales decrecimiento, relación y reproducción, o bien como células individuales o formandoagrupaciones simples. El término microorganismo incluye tanto a seres unicelulares comopluricelulares. Pueden ser también autótrofos o heterótrofos.La ciencia que estudia los microorganismos es la microbiología.Los microorganismos fueron observados por primera vez por Anthony van Leeuwenhoekcon un rudimentario microscopio en el siglo XVII, a los que denominó “animálculos”. Eldesarrollo de la microbiología ha estado íntimamente vinculada al desarrollo del microscopioLos microorganismos se encuentran en los tres dominios en que se dividen los seres vivossegún la clasificación de Woese (1990): Archaea, Bacteria y Eucarya.Los dos primeros dominios están constituidos por organismos procariotas mientras que eltercer dominio integra organismos eucariotas. Archaea comprende a las arqueobacterias yBacteria corresponde a las eubacterias.En Eucarya hay microbios que pertenecen al reino Protoctistas, como las algasmicroscópicas y los protozoos y al reino Fungi pertenecen los hongos microscópicos.Se incluye también en los microorganismos los virus, considerados de organización acelular.Características Bacteria Archaea EukaryaEnvoltura nuclear Ausente Ausente PresenteOrgánulos membranosos Ausentes Ausentes PresentesPeptidoglucanos en la pared celular Presente Ausente AusenteRNA polilmerasa Una clase Varias clases Varias clasesAminoácido iniciador de la síntesis de proteínas Formilmetionina Metionina MetioninaHistonas asociadas con el ADN Ausentes Presentes PresentesCromosoma circular Presente Presente AusenteCapacidad de crecer a temperaturas superiores a 100 ºC No Algunas No2. Los microorganismos procariotasLos microorganismos procariotas se incluyen en los dominios Bacteria y Archaea. Carecende núcleo celular y su ADN se encuentra disperso por el citoplasma. Son organismos muysimples estructuralmente, aunque con un metabolismo complejo que les permite realizar todaslas funciones biológicas.
  • 2. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM2Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoLa mayoría de los microorganismos procariotas son unicelulares y solo algunos, como lascianobacterias, pueden formar colonias pluricelulares.Se conocen fósiles de estos microorganismos datados en más de 3 500 millones de años, porlo que debieron de ser los primeros seres vivos del planeta.2.1. BacteriasLas bacterias son organismos de organización procariota, que pertenecen al reino Moneras.Actualmente se conocen unas 5 000 especies de bacterias, pero se supone que son solamenteel 1% de todas las que pueden existir en la Tierra. Su tamaño puede oscilar entre 1,5 μm deEscherichia coli, las 7 μm de la cianobacteria Oscillatoria o las 600 μm de Epulopisciumfishelsoni, una bacteria “gigante” que vive en el intestino del pez cirujano del Indopacífico.Son organismos muy simples, con escasas estructuras internas y tan solo cuatro tiposmorfológicos distintos (cocos, bacilos, espirilos y vibrios), pero presentan gran variabilidad ensu metabolismo.2. 2. Estructura bacterianaLa estructura interna de las bacterias es mucho más simple que la de las células eucariotas,pero en cambio su estructura superficial es más compleja.La morfología de las bacterias ya la vimos en la unidad de citología. Volver a mirar.2.3. Fisiología bacterianaLas bacterias, como cualquier ser vivo desarrollan las funciones de nutrición, de relación y dereproducción.Aunque las bacterias están ampliamente distribuidas en la naturaleza, para conocer sufisiología se estudian en el laboratorio mediante cultivos controlados y puros. Los medios decultivo bacterianos son disoluciones acuosas que poseen sales minerales y nutrientes orgánicoscomo monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos, ácidos orgánicos y bases nitrogenadas, quesatisfacen los requerimientos de elementos químicos de las bacterias para desarrollar sumetabolismo, crecer y reproducirse.Los medios de cultivo de bacterias se pueden preparar en medio líquido o en estado de gel(semisólido). Este último se obtiene al añadir al medio de cultivo líquido una sustanciagelificante como el agar-agar en cápsulas de Petri. En cualquiera de estos medios se añade lamuestra de la bacteria que se quiere cultivar con la ayuda de las asas de cultivo.2.3.1. NutriciónLas bacterias pueden realizar todos los tipos de metabolismo conocidos. Incluso una mismaespecie puede desarrollar uno u otro en función de las características del medio y de laabundancia de nutrientes. Pueden ser: fotoautótrofas, como las bacterias verdes y purpúreassulfúreas y las cianobacterias; fotoheterótrofas, como las bacterias verdes y purpúreas nosulfúreas, que requieren energía luminosa y moléculas orgánicas como fuente de carbono;,quimioautótrofas, como las bacterias nitrificantes, y quimioheterótrofas, como las que sealimentan de materia orgánica muerta, que son la gran mayoría, o viva, que son laspatógenas.2.3.2. RelaciónMuchas especies de bacterias poseen movilidad. El desplazamiento puede efectuarse mediantereptación sobre un substrato sólido, por movimientos de contracción y dilatación o bienmediante flagelos.Se han comprobado respuestas frente a estímulos luminosos (fototactismo) en bacteriasfotosintéticas, y también a estímulos químicos (quimiotactismo).
  • 3. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM3Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoUna de las respuestas mejor conocidas frente a los cambios en el medio es la formación deesporas como modo de resistencia. Las bacterias que viven en el suelo, frente a condicionesadversas del medio, entran en periodos de metabolismo reducido y protegen su ADN formandoalrededor de él una compleja cubierta, dando lugar a una endospora. Cuando el resto de lacélula bacteriana se destruye, las endosporas quedan libres en el suelo y se formanexosporas. Estas pueden sobrevivir largo tiempo en condiciones ambientales adversas, comopor ejemplo, altas temperaturas (80 ºC), condiciones de sequedad, la acción de agentesquímicos como ácidos y desinfectantes o radiaciones.Al presentarse de nuevo condiciones ambientales adecuadas, las exosporas germinan y danlugar a bacterias con todas sus funciones.2.3.3. ReproducciónLa reproducción de las bacterias es de tipo asexual y se realiza mediante bipartición o fisiónbinaria, a la que antecede la duplicación del ADN bacteriano y la separación de las dosmoléculas obtenidas. Las bacterias hijas son genéticamente idénticas, por lo que las coloniasde bacterias están formadas por individuos clónicos.Las bacterias también poseen mecanismos parasexuales, relacionados con la reproducciónmediante los cuales intercambian información genética con otras bacterias, sean o no de lamisma especie. Se conocen tres tipos de intercambio genético: Conjugación. Una bacteria donadora transmite ADN por medio de un pelo sexual a labacteria receptora. Las donadoras tienen, además un tipo de plásmidos, los llamadosplásmidos F o factores F (de fertilidad), que contienen los genes que informan de laproducción de pelos sexuales. Las bacterias con plásmidos F se llaman F+ y las que no lostienen F-.Como los plásmidos F se autoduplican, las bacterias F+ pueden contener decenas de plásmidosF. Por este motivo, en un cultivo bacteriano, al cabo de poco tiempo, todas las bacterias pasana ser F+. En la transmisión del plásmido de una bacteria a otra, solo pasa una de las doscadenas del plásmido.El plásmido F, recibe el nombre de episoma, si se intercala (recombina) dentro del ADNbacteriano. Las bacterias que poseen epitoma se denominadan Hfr (del inglés High frequencyof recombination) y son capaces de aportar ADN a las bacterias F-. Una bacteria Hfr transmiteparte de su plásmido F y algunos de los genes adyacentes de su cromosoma, que serecombinarán con el ADN de la bacteria receptora y quedarán integrados en él.La conjugación entre una célula F+ y una F- convierte a ésta última en donadora o F+,mientras que si la donadora es Hfr, la bacteria receptora queda como F-. Transducción. Consiste en un intercambio genético accidental a través de un agentetransmisor, generalmente un virus, el cual transporta fragmentos de ADN procedentes de laúltima bacteria parasitada. Transformación. Una bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN que aparecenlibre en el medio procedentes de la lisis de otras bacterias.Este intercambio genético explica la variabilidad que pueden presentar algunas bacterias alvivir junto a otras de distinta especie. Ciertas bacterias patógenas, que presentan resistencia aantibióticos, porque conviven en el intestino con bacterias simbiontes, que resisten bien laacción de estos medicamentos.2.3. Tipos de bacteriasActualmente se conocen unas 9 000 especies de bacterias, pero los especialistas estiman quepueden existir en la Tierra más de 10 millones de especies por descubrir. La clasificación de lasbacterias se basa no solo en sus características morfológicas sino también en su fisiología y subioquímica.
  • 4. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM4Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoAtendiendo a características fisiológicas se consideran los siguientes grupos: Bacterias purpúreas y verdes. Son fotosintéticas y anaerobias. Poseen un pigmento muyparecido a la clorofila a, la bacterioclorofila, y solo el fotosistema I por lo que no usan elagua como fuente de hidrógenos y, por tanto, no generan oxígeno. Este fotosistema I está enlos clorosomas, estructuras delimitadas por paredes proteicas de forma cilíndrica. Se llamansulfúreas si utilizan el H2S como fuente de hidrógeno y no sulfúreas si usan moléculasorgánicas. Cianobacterias. También llamadas cianofíceas o algas verde-azuladas. Son bacteriasfotosintéticas aerobias y poseen un pigmento azul, la ficocianina, además de la clorofila a.Pueden ser unicelulares o pluricelulares, si forman colonias filamentosas gracias a la presenciade una capa gelatinosa externa. La pared celular es similar a la de las bacterias Gram- . Elcitoplasma presenta una región central translúcida con material genético, el centroplasma, yuna zona periférica, el cromoplasma, con sáculos de pigmentos fotosintéticos, ribosomas,gránulos de volutina, vacuolas de gas y carboxisomas. Bacterias nitrificantes. Son quimioautótrofas. Forman compuestos orgánicos gracias a laenergía liberada en reacciones de oxidación de compuestos nitrogenados inorgánicos. Hay dostipos: las oxidantes del amonio (NH4+), como las del género Nitrosomonas que transformanel amonio en nitrito (NO2), y las oxidantes de nitritos, como las del género Nitrobacter, queoxidan nitritos a nitratos (NO3). Viven en el suelo y en el sedimento marino y transforman losnutrientes inorgánicos nitrogenados en moléculas que aprovechan las plantas. Bacterias fijadoras de nitrógeno. Son aerobias Gram- que fijan el nitrógeno de laatmósfera. Viven en el suelo, como las de los géneros Azotobacter y Rhizobium. Esta última seencuentra en simbiosis con plantas del grupo de las leguminosas. Bacterias entéricas. Viven en el intestino de las personas y de otros animales. Alalimentarse de la materia orgánica contribuyen a la formación de las heces. Suelen ser bacilosGram- que son anaerobios facultativos y oxidan glucosa. Escherichia coli es un habitantecomún del colon humano y puede llegar a ser patógena en determinadas condiciones. Espiroquetas. Presentan fibrillas internas en su citoplasma que, al rotar, desplazan a labacteria. Suelen vivir en medios acuáticos; otras producen enfermedades como Treponemapallidum, causante de la sífilis humana. Bacterias del ácido láctico. Son Gram+, anaerobias tolerantes al oxígeno. Viven enproductos en fermentación de origen animal o vegetal y en el tracto digestivo o urogenital delas personas. Por lo general no son patógenas. Micoplasmas o afragmobacterias. Son muy pequeñas (0,1-0,8 micras), carecen de paredbacteriana y su membrana plasmática contiene esteroles. Tienen forma de cocos y puedenformar colonias esféricas que parecen un huevo frito o filamentos como los de los hongos.Muchas son patógenas, produciendo enfermedades en las plantas y en la especie humana,como por ejemplo Mycoplasma pneumoniae, que produce la neumonía atípica.2.4. ArqueobacteriasSon procariotas, generalmente anaerobias, que suelen vivir en ambientes extremos detemperatura o salinidad. Según antiguos criterios de clasificación estaban incluidas dentro delas eubacterias, de las cuales se separaron por la gran diferencia que existente entre lassecuencias moleculares de sus ARN ribosómicos. Incluso en la nueva clasificación en dominiosde todos los seres vivos, las arqueobacterias forman el dominio de los Archaea, bien separadode los dominios Bacteria y Eucarya.La membrana plasmática de las arqueobacterias puede ser bicapa o monocapa. Los lípidos deesta membrana no contienen ácidos grasos, sino hidrocarburos isoprenoides y pueden serapolares y polares. Estos últimos están dispuestos en la membrana como los de las células
  • 5. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM5Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoprocariotas y las eucariotas, esto es, con los grupos polares dirigidos hacia afuera y los gruposapolares hacia dentro.Los hidrocarburos se unen a la glicerina mediante enlaces éter (-C-O-C-) en lugar de enlacesde tipo éster (-CO-O-C-), como ocurre en las membranas de las eubacterias y de laseucariotas.Las paredes celulares de las arqueobacterias carecen de peptidoglucanos y de D-aminoácidos,pero en cambio sí que contienen pseudopeptidoglucanos y polisacáridos o proteínas según lasespecies.El genoma de las arqueobacterias está formado por una sola molécula de ADN circular máspequeño que el de las eubacterias y asociado a histonas. Muchas especies de arqueobacteriasson autótrofas y son capaces de colonizar medios con condiciones ambientales extremas.Según su hábitat se distinguen tres grupos de arqueobacterias: Halófilas. Viven en aguas hipersalinas como las del Mar Muerto. Termófilas. Se encuentran en aguas termales o en hábitats volcánicos ricos en azufre. Metanógenas. Viven en condiciones de anaerobiosis y son capaces de producir metano(CH4) a partir de diferentes sustratos como el CO2 mediante la siguiente reacción:CO2 + 4H2 ---> CH4 + 2H2OLas arqueobacterias metanógenas son las responsables de la producción de metano en lospantanos y zonas encharcadas que contienen grandes cantidades de materia orgánica endescomposición. Por este motivo, el metano se denomina gas de los pantanos. También sonlas responsables de la producción de gas metano en los centros de tratamiento de aguasresiduales y en los aparatos digestivos de los animales como los mamíferos herbívorosrumiantes.Estas bacterias producen anualmente unas 2 000 millones de toneladas de metano, de lascuales, el 30 % lo emiten los rumiantes. En la actualidad se conocen diversos métodos deaprovechamiento del metano producido como fuente de energía para llevar a cabo diferentesactividades humanas..3. Los microorganismos eucariotasTodos los microorganismos eucariotas tienen núcleo, poseen orgánulos en su citoplasma y seincluyen dentro del dominio Eucarya. Las algas y los protozoos pertenecen al reinoProtoctistas, mientras que los hongos forman el reino Fungi.Los grupos de algas y de hongos, aunque poseen muchas especies macroscópicas, contienentambién representantes dentro del mundo microbiano, algunos de ellos con un papelfundamental en el ciclo de los ecosistemas terrestres y acuáticos. En el grupo de los protozoostodos los individuos son microscópicos.3.1. Algas microscópicasLas algas tienen cloroplastos en sus células, donde se lleva a cabo la fotosíntesis gracias a lapresencia de pigmentos como las clorofilas, las xantofilas y los carotenoides. Pueden serunicelulares o pluricelulares.Viven preferentemente en medios acuáticos y en el mar forman el llamado fitoplancton, queconstituye el primer eslabón en la cadena alimentaria marina, el de los productores. Otrasalgas microscópicas viven en las aguas dulces, en las aguas termales, en el fango e inclusosobre la corteza de los árboles.Los principales grupos de algas microscópicas son: Algas euglenoides. Pertenecen al filum euglenofitos. Son unicelulares, tienen un únicoflagelo y generalmente disponen de una mancha de pigmento denominada estigma, sensiblea la luz. Estas algas se mueven con el flagelo por delante y son atraídas por la luz. Carecen depared celular pero tienen una capa membranosa externa por fuera de la membrana
  • 6. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM6Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoplasmática. La sustancia de reserva de los euglenofitos es el paramilo. La mayoría vive enaguas dulces pero otras especies se localizan en suelos húmedos. Hay algunas especies quecarecen de pigmentos fotosintéticos, tienen nutrición heterótrofa y viven en el interior dediversos invertebrados acuáticos. Diatomeas. Pertenecen al filum cromófitos. Son algas microscópicas que disponen de unapared celular de sílice formada por dos piezas ornamentadas o frústulas a modo de caja.Carecen de flagelos y pueden formar cadenas de células. Las diatomeas, que pueden serplanctónicas o bentónicas (en los fondos acuáticos) son los productores primarios másimportantes en el medio marino y dulceacuícola. Algas dinoflageladas o pirrófitos. Son unicelulares, fotosintéticas y tienen usualmente dosflagelos dispuestos perpendicularmente. Muchas disponen de una pared celular o teca rígidade celulosa y tienen almidón como sustancia de reserva. Algunas especies marinas, ante laabundancia de nutrientes minerales, se reproducen tan rápidamente que llegan a teñir de rojodeteminadas zonas marinas, son las llamadas mareas rojas.Algunas especies del género Gonyaulax, que también son capaces de producir mareas rojas,producen neurotoxinas que se acumulan sin producir efectos nocivos en animales filtradorescomo los moluscos bivalvos y los crustáceos. Sin embargo, estas toxinas en los niveles tróficosde consumidores secundarios, como los peces, mamíferos marinos e incluso la especiehumana, pueden producir graves envenenamientos e incluso la muerte.Por este motivo el marisco (bivalvos y crustáceos) debe pasar por una fase de depuraciónantes de ser puesto a la venta.3.2. ProtozoosSon microorganismos unicelulares eucariotas heterótrofos que carecen de membrana desecreción (pared celular). Tienen capacidad de desplazamiento, sensibilidad ante diferentesestímulos y el modo de capturar el alimento y su metabolismo son similares a los animales.Algunas especies pueden formar colonias de varios individuos.Principales grupos de protozoos y sus característicasGrupo Locomoción Reproducción OtrascaracterísticasMastigóforos oflageladosFlagelos  Fisiónlongitudinal Por gametosViven en aguasdulces o sonparásitosSarcodinos oamebasPseudópodos  Fisión simple omúltiple Por gametosAlgunos con tecacalcárea(foraminíferos) o desílice (radiolarios)Apicomplejoso esporozoosContraccióndel cuerpo Alternanciasexual y asexual EsporulaciónSon endoparásitosCilióforos ociliadosCilios  Conjugación Tienen dos núcleos yuna boca celular(citostoma ycitofaringe)
  • 7. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM7Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoEl tamaño de los protozoos puede oscilar de 3 a 800 micras. Viven en ambientes acuáticos oterrestres muy húmedos y generalmente tienen vida libre. Algunos son comensales, viviendosobre otros organismos sin producirles daño alguno, y otros son parásitos, como losapicomplejos o esporozoos.Para desplazarse pueden utilizar los pseudópodos o cilios y flagelos.Se pueden alimentar de bacterias, de algas unicelulares, de otros protozoos, de invertebradosmicroscópicos como los rotíferos o simplemente de materia orgánica.La reproducción es asexual y generalmente se puede producir de dos formas: División binaria. A partir de un protozoo se producen dos individuos genéticamenteidénticos. Se realiza un proceso similar a la de la mitosis de las células de animalespluricelulares. Esporulación. Este tipo de reproducción se realiza de dos formas: División múltiple. Es la formación de numerosos protozoos hijos a partir de uno solo,lo que permite a estos protozoos parasitar numerosas células del hospedador en un cortoperiodo de tiempo. Conjugación. Es la fusión temporal de dos individuos a la que sigue un intercambio departe de su ADN, que da lugar a la formación de otros dos individuos con un genomaalgo diferente del original. De esta manera se favorece la variabilidad genética de laespecie.3.3. Hongos microscópicosLos hongos son organismos eucariotas unicelulares o pluricelulares carentes de pigmentosfotosintéticos por lo que tienen nutrición heterótrofa. Para alimentarse, secretan enzimasdigestivas al exterior, sobre la materia orgánica alimenticia, y después absorben las pequeñasmoléculas originadas tras la digestión.Características de los principales de los hongosGrupo Tipos deesporasHifas Hábitat EjemplosZigomicetos Zigosporas Sifonadas El suelo y vegetales endescomposiciónMoho del panAscomicetos Ascosporas Septadas El suelo y vegetales endescomposiciónLevadurasBasidiomicetos Basidiosporas Septadas El suelo y vegetales endescomposiciónSetasOomicetos Oosporas Sifonadas El agua Mohos delaguaDeuteromicetos Conidiosporas Septadas El suelo, los vegetales endescomposición y sobre lapiel de los animales.Penicillium,pie de atletaSegún su alimentación se pueden distinguir: Hongos saprofíticos. Se alimentan de materia orgánica en descomposición y contribuyen aella. Viven en ambientes terrestres, en el suelo o sobre materia vegetal muerta. Hongos parásitos. Se alimentan a partir de la materia orgánica de plantas o animalesvivos.Los hongos microscópicos, según el número de células se dividen en:
  • 8. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM8Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato Hongos unicelulares. Destacan entre ellos las levaduras, que se reproducenasexualmente por gemación, nunca forman hifas. Viven principalmente en medios muyazucarados, como las frutas o las flores. Muchas levaduras, por los procesos fermentativos quedesarrollan, son utilizadas industrialmente para la obtención de productos comestibles. Porejemplo, las levaduras del género Saccharomyces se emplean para elaborar bebidas ricas enalcohol etílico (fermentación alcohólica), como el vino, la sidra y la cerveza y para la obtencióndel pan.Como especie de levadura patógena podemos citar Candida albicans, que provoca lacandiadiasis una afección vaginal. Se encuentra en las membranas superficiales y en lasmucosas de todos nosotros de forma normal, siendo su crecimiento controlado por el sistemainmune y otras bacterias. Cuando su crecimiento supera ciertos límites se produce la infección. Hongos pluricelulares. Como los mohos, que son hongos filamentosos constituidos porhifas. Son muy abundantes en la naturaleza y se pueden apreciar sobre el pan húmedo(género Rhizopus), el queso o las frutas maduras (género Penicillium) porque forman una finacapa parecida al fieltro o al terciopelo. Las esporas de los mohos se forman sin que hayareproducción sexual previa, en el extremo de hifas especiales, los conidios.En 1928 el médico escocés Alexander Fleming descubrió por casualidad el antibióticopenicilina. Uno de los cultivos de Staphylococcus aureus se contaminó con el moho Penicilliumnotatum. Fleming comprobó que, en las proximidades del hongo, las colonias de bacterias nopresentaban crecimiento bacteriano, llevándole a pensar que el moho segregaba una sustancianatural con efectos antibacterianos: la penicilina. Aunque continuó algún tiempo con susinvestigaciones, las dificultades para purificar y obtener la penicilina fueron tan insalvables quesu descubrimiento pasó desapercibido.Fue durante la segunda guerra mundial, cuando los científicos aliados retomaron losexperimentos de Fleming. Así el alemán Ernst Boris Chain y el australiano Howard WalterFlorey desarrollaron un método de purificación de la penicilina que permitió la síntesis u ladistribución comercial.Recuerda:Parasitismo. Relación en la que un organismo vive a expensas de otro (huésped), alque causa trastornos conocidos con el nombre de enfermedad. Estos organismos sedenominan patógenos. Hay ciertas bacterias que solo son patógenas si disminuyenlas defensas del organismo en el que viven; en este caso se denominan oportunistas.Simbiosis: relación intima entre dos organismos (por ejemplo una bacteria y otroorganismo) que son imprescindibles para su supervivencia.
  • 9. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM9Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato4. Los virusLos virus son partículas microscópicas, de estructura muy sencilla y de tamaño no superior alos 2 500 Å.No tienen estructura celular ya que carecen de citoplasma con las enzimas necesarias pararealizar un metabolismo. Se pueden considerar formas de organización acelular, junto a losviroides y los priones.Podemos definir las formas acelulares (virus, viroides y priones) como moléculas y complejossupramoleculares, con mayor o menor grado de autonomía, que son capaces de produciralteraciones en los organismos a los que infectan.Los virus pueden presentar dos fases: Fase extracelular. Se encuentran fuera de las células y son totalmente inertes. A los virus,en su fase extracelular se les denomina partículas víricas o virión. En esta fase el virus esmetabólicamente inerte y actúa como vehículo de transporte del ácido nucleico. Sucomportamiento es semejante al de una sustancia química, pudiendo incluso cristalizar. Fase intracelular. Se adhieren a la superficie de células (el hospedador) e introducen enellas su genoma vírico (de ADN o ARN). De esta manera se pueden reproducir, ya que elgenoma vírico es capaz de replicarse y de dirigir la síntesis de cubiertas de nuevos virusutilizando la materia, la energía y el sistema enzimático de la célula hospedadora.Los virus se clasifican atendiendo a diversos criterios: según el hospedador al que parasiten, eltipo de material genético o la forma de la cápsula proteica.Los virus son formas acelulares microscópicas compuestas por un ácido nucleico rodeado deuna cubierta proteica que lo protege del medio. Los virus son parásitos intracelularesobligados, es decir, tienen un requerimiento absoluto de la célula huésped viva paramultiplicarse.4.1. Estructura de los virusLos virus están constituidos por tres elementos: Genoma vírico. Se compone de una o varias moléculas de ADN o de ARN pero nunca de losdos simultáneamente. El ácido nucleico de los virus puede ser de cadena lineal o circular, ymonocatenaria o bicatenaria. Ciertos virus (los retrovirus) llevan dos copias idénticas de sugenoma. Cápsida. Es la cubierta proteica que envuelve al genoma vírico. Protege el ácidonucleico y, en los virus carentes de cubierta membranosa, reconoce los receptores demembrana de las células a las que el virus parasita. El conjunto del genoma vírico y lacápsida se denomina nucleocápsida.La cápsida está formada por subunidades denominadas capsómeros, que sonproteínas globulares colocadas de manera regular y simétricas. Según su disposiciónse distinguen: Cápsida icosaédrica. Es una estructura poliédrica con 20 caras triangulares,12 vértices y 30 aristas. Ejemplo el virus de las verrugas, el del resfriadocomún y el de la faringitis. Cápsula helicoidal. Está formada por capsómeros idénticos dispuestoshelicoidalmente, formando una estructura tubular hueca en cuyo interior sesitúa el ácido nucleico. Un ejemplo es el virus del mosaico del tabaco. Capsida compleja. Se encuentra en bacteriófagos, que son virusespecializados en parasitar bacterias. Se compone de dos partes: la cabeza, detipo icosaédrico y que contiene el ácido nucleico, y la cola, adaptada para lainyección del ácido nucleico en el interior de la bacteria. En la base de la colahay una placa basal que posee espinas y a la que se unen fibras caudales. Cubierta membranosa. Es una envoltura que rodea la nucleocápsida, compuestade una doble capa lipídica procedente de la membrana plasmática de la célulahospedadora y de glucoproteínas (espículas) incluidas en ella, cuya síntesis estácontrolada por el genoma vírico. La función de las espículas es reconocer a la futura
  • 10. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM10Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratocélula hospedadora, fijarse a ella y la inducción de la penetración del virión en ella.Está presente en ciertos virus como el de la rabia, la hepatitis, la gripe, la viruela o elsida. Enzimas. Aunque un virión es metabólicamente inerte, algunos de ellos poseenenzimas que desempeñan funciones en el proceso de infección. Como ejemplopodemos citar la transcriptasa inversa una enzima que transcribe el ARN vírico a unADN intermediario, o la lisozima de ciertos bacteriófagos que degradan parte d eelapared bacteriana.4.2. Clasificación de los virusLa clasificación se hace atendiendo a diferentes criterios.Según el huésped al que parasitan: distinguimos tres tipos: virus animales (virusÉbola, HIV, virus herpes, adenovirus, poliovirus…) virus vegetales (virus del mosaciodel tabaco) y bacteriófagos (virus que infectan a bacterias, como el bacteriófago T2 oel T4).Según el material hereditario que poseen: distinguimos virus con ADN (de cadenasencilla o doble) y virus con ARN (de cadena sencilla o doble).Ejemplos:Virus ADN monocatenario: parvorirusVirus ADN bicatenario: herpesvirus (herpes y varicela), virus de la hepatitis.Virus ARN monocatenario: Virus de la rabia, sarampión, gripe, rubéola, retrovirus(virus HIV y algunos oncogénicos)Virus ARN bicatenario: rotavirus (responsables de gastroenteritis en los niños)Según la forma de la cápsida: Pueden ser icosaédrica (ejemplo virus que producenenfermedades respiratorias, faringitis, gastroenteritis…), helicoidal (ejemplo virus delmosaico del tabaco) o compleja (bacteriófagos).Presencia o no de envoltura. Como ejemplos de virus con envoltura podemos citaral virus de la gripe, virus herpes simple, HIV… Como virus sin envoltura podemoscitar: rotavirus (responsable de la mayor parte de gastroenteritis en los niños) o losadenovirus (causantes de los resfriados)4.3. Multiplicación vírica: El ciclo de los virusLos virus presentan mecanismos que les permiten reproducirse dentro de la célulahospedadora, desarrollando un complejo ciclo vital para obtener la energía y la materianecesarias para sintetizar nuevos ácidos nucleicos y capsómeros.El ciclo vital puede desarrollarse de dos formas, el ciclo lítico, que lo realiza por ejemplo elbacteriófago T4 y el ciclo lisogénico, propio de los virus atenuados.4.3.1. Ciclo líticoEste ciclo conduce a la destrucción (lisis) de la célula hospedadora y lo presentan, por ejemplo,los bacteriófagos. El proceso ocurre en varias fases: Fase de fijación o adsorción a la célula hospedadora. Hay una gran especificidad entrelos virus y sus futuras células hospedadoras. En estas existen diversas moléculas (proteínas,polisacáridos o complejos lipoproteínas-polisacáridos) que actúan como receptores para laadhesión de los viriones. En esta fase, los bacteriófagosse fijan a través de las puntas de lasfibras caudales, mediante enlaces químicos y posteriormente de forma mecánica, clavando lasespinas basales en la pared de la bacteria.Esta fijación es una interacción química en la que se establecen enlaces débiles entre los sitiosde fijación y los receptores. Fase de penetración y descapsidación. Tras la fijación tiene lugar la entrada del virióncompleto o parte de él en el interior de la célula.Para ello el bacteriófago perfora la pared celular de la bacteria mediante lisozimas situadas ensu placa basal. Luego contrae la vaina de la cola e introduce su ADN a través del orificiopracticado, con lo que el genoma vírico pasa directamente al citoplasma bacteriano.
  • 11. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM11Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoLos virus con envoltura pueden ingresar por fusión de la cubierta viral con la membranaplasmática y liberar la nucleocápsida desnuda en el interior e la célula. Otros virus conenvoltura ingresan mediante endocitosis. La membrana celular se pliega hacia dentroformando una estructura denominada endosoma que contiene el virión completo. La envolturavírica se fusiona con la membrana del endosoma y libera la nucleocápsida en el interior celular.La descapsidación o eliminación de la cubirta es la separación del ácido nucleico de la cubiertaproteica, con el fin de que sea accesible a las enzimas implicadas en los procesos dereplicación y transcripción. Fase de eclipse. Es el momento de mayor actividad metabólica inducida por el ADN delvirus. Inicialmente, el ADN vírico, utiliza nucleótidos y la enzima ARN-polimerasa de la bacteriapara dirigir la síntesis de gran cantidad de ARNm viral (transcripción). Este ARNm viral sirvede base para la síntesis de proteínas del virus como los capsómeros, enzimasendonucleasas (las cuales destruyen el ADN bacteriano e impiden su duplicación) y enzimasendolisinas. El ADN vírico sufre múltiples procesos de replicación utilizando para ello loscomplejos enzimáticos de la bacteria. Fase de ensamblaje. Los capsómeros recién formados se reúnen formando cápsidasmientras que las nuevas moléculas de ADN víricos se pliegan y penetran en las cápsidas. Fase de lisis o liberación. Debido a la acción de la enzima endolisina se produce la lisis dela bacteria ( y por tanto su muerte) y los nuevos viriones formados salen al exterior y puedeninfectar a otras bacterias.4.3.2. Ciclo lisogénicoLos virus atenuados, provirus o profagos (como por ejemplo los virus de las verrugas y losretrovirus), no destruyen las células que infectan, y su genoma pasa a incorporarse al ADN dela célula hospedadora o célula lisogénica.El ADN del profago puede permanecer en forma latente durante varias generaciones celulares,hasta que un estímulo determinado induzca la separación del ADN del profago del ADN celular.En este momento el ADN del profago iniciará un ciclo lítico típico desde la fase de eclipse.Mientras la célula lisogénica posea el ADN profago será inmune frente a las infecciones de estemismo virus. Esta inmunidad se heredará de generación en generación de la célulahospedadora, ya que el ADN profago se hereda junto con el ADN celular.4.4. Algunos virus patógenos frecuentes El virus de la gripe (influenza). Se trata de un virus helicoidal con envoltura en la quesobresalen espículas (glicoproteínas) formadas por dos tipos de proteínas (antígenosprincipales): las hemaglutininas (H), de las que hay 16 subtipos diferentes (H1, H2,H3…H16); y las neuraminidasas (N), de las que existen 9 subtipos (N1, N2 …N9). Estasproteínas son objetivos para los fármacos antivirales. Además cumplen una función deantígeno al que los anticuerpos pueden fijarse. El genoma es ARNmc-fragmentado. Existentres tipos de virus de la gripe: A, B y C. Los virus A y B provocan las epidemias de gripe detodos los inviernos. El virus C causa infecciones leves o asintomáticas. El virus de la gripe Ainfecta al ser humano y a otros mamíferos y, en especial, a las aves tanto silvestres como degranja. Los diferentes tipos de virus se diferencian entre ellos por las combinaciones entre lashemoglutininas y las neuraminidasas (ejemplo H5N1). Los subtipos más frecuentes de virus Aque actualmente están en circulación entre humanos y son anualmente incluidos en la vacunaantigripal son A (H1N1) y A (H3N2). La capacidad de los virus de la gripe para producirepidemias deriva de su facilidad para sufrir variaciones en las proteínas H y N.A lo largo del siglo XX se han producido tres grandes pandemias gripales, todas ellas causadaspor virus gripales del tipo A, correspondiéndose con la aparición de los subtipos H1N1 (1918,gripe española), H2N2 (1957, gripe asiática) y H3N2 (1968, gripe de Hong Kong). Virus de la familia de herpesvirus, que incluye el virus varicela-zóster, que causa lavaricela, y el virus herpes simple, causante del herpes labial. Estos virus pueden existir dentrodel organismo en estado latente, relativamente sin efectos.
  • 12. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM12Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato Algunos virus pueden causar cáncer en los seres humanos, como los virus de la hepatitis By el de la hepatitis C, que ocasionan cáncer de hígado y el virus del paliloma humano(papilomavirus), que provocan el cáncer de piel, ano, pene y cuello uterino.5. Viroides y prionesA pesar de la simplicidad estructural de los virus, se conocen otros agentes infecciosos que sonmás simples todavía: Viroide. Es una pequeña molécula de ARN, de solo unos pocos cientos de nucleótidos(entre 300 y 400 nucleótidos), de forma circular y monocatenaria, sin ningún tipo de cubierta(desnudos) y que infecta células vegetales. La infección por viroides generalmente causa unadisminución del crecimiento de la planta y un desarrollo anormal.La enfermedad cadang-cadang, que es una infección de viroides, ha sido la causante de ladesaparición casi por completo de los cocoteros en muchas zonas de las islas Filipinas. Otraenfermedad de viroides afecta a la patata. Priones. Son proteínas con la misma o casi la misma secuencia de aminoácidos que unaproteína normal, pero que tienen una forma espacial distinta, es decir, un plegamientoanormal, y son capaces de inducir a las proteínas normales de la célula a adoptar la forma delprión.Generalmente, los priones son proteínas de membrana de las neuronas, por lo que suelenprovocar enfermedades neurovegetativas. El hecho de que el número de priones del enfermoaumente con el tiempo hizo pensar en que los priones, a pesar de carecer de ácidos nucleicos,eran capaces de autorreplicarse. Posteriormente se pudo observar que los nuevos priones enrealidad eran proteínas normales cuya forma se había alterado al contactar con prionesadyacentes.Uno de los priones mejor estudiados posee 250 aminoácidos en su cadena y su tamaño es100 veces menor que los virus más pequeños.Una concentración elevada de proteína prión, que aparece en una conformación anormal y queproduce la acumulación en el cerebro es la causa de las encefalopatías espongiformestransmisibles (EET). Las EET se caracterizan porque el cerebro del enfermo presentanumerosas vacuolas que dan un aspecto de esponja. Entre las EET destacan:El síndrome de Creutzfeld-Jakob, que afecta a seres humanos, el scrapie (“tembladera de lasovejas”) y el mal de las vacas locas, que afecta al ganado vacuno.Los priones son resistentes a tratamientos físicos y químicos por lo que, de momento, noexiste ningún tratamiento para combatirlos.
  • 13. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM13Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato6. Teoría de la generación espontáneaAntiguamente se creía que los seres vivos surgían por generación espontánea, a partir de lamateria orgánica en descomposición. Esta creencia se basaba en observaciones cotidianascomo la aparición de larvas en alimentos en descomposición, moscas de la carne podrida oratones del estiércol.El primer científico en cuestionarse la generación espontánea fue Francesco Redi, que en1668 diseñó el siguiente experimento. Metió un trozo de carne en un recipiente abierto y otroen uno cubierto por una rejilla. Al cabo del tiempo observó que en ambos recipientes la carnese había descompuesto, pero solo aparecían larvas en el frasco abierto.Redi concluyó que las larvas no surgían por sí solas, sino que procedían de los huevos que lasmoscas habían puesto sobre la carne.El experimentó fue muy criticado por la sociedad de la época y no sirvió para rechazartotalmente la generación espontánea.En el siglo XVII aún continuaba la polémica. Fue Louis Pasteur en 1860 quien logró demostrarla falsedad de la tradicional creencia de la generación espontánea. Con sus experimentosdemostró que son los microorganismos del aire los que descomponen la materia orgánica,concluyendo que todo ser vivo procede de otro ser vivo.1. Pasteur vertió caldo de carne en dos matraces de cuello largo y estrecho, que curvó a lallama.2. Hirvió el líquido de cada matraz para esterilizarlo. Al cabo de varios días, comprobó queel caldo no se estropeaba3. Cortó el cuello de uno de los matraces y al cabo de unos días observó que el caldo quecontenía se había descompuesto.Pasteur concluyó que en ambos matraces entraba aire, pero los microorganismos sequedaban retenidos en el cuello, lo que impedía que se estropease el caldo. Al romper elcuello, los microorganismos presentes en el aire podían entrar, contaminando el caldo.7. Métodos de estudio de los microorganismosEl estudio y manipulación de los microorganismos en el laboratorio requiere de la utilizaciónde una serie de técnicas particulares.7.1. EsterilizaciónLa esterilización consiste en la eliminación total de los microorganismos de los medios decultivo, del material y de los utensilios del laboratorio. La esterilización se puede llevar acabo de diferentes formas:a) Esterilización por calor. La utilización de este método y su eficacia depende de dosfactores: el tiempo de exposición y la temperatura.Todos los microorganismos son susceptibles, en distinto grado, a la acción del calor. El calorprovoca desnaturalización de proteínas, fusión y desorganización de las membranas y/oprocesos oxidantes irreversibles en los microorganismos. El método de esterilización porcalor más frecuente es la esterilización por calor húmedo. Para ello se utiliza el vaporcaliente, mediante el empleo de un aparato denominado autoclave (aparatos herméticosque alcanzan temperaturas y presiones elevadas, en un ambiente húmedo). Gracias al calorhúmedo se produce la muerte de los microorganismos, incluidas las endosporas, resistentesal calor. Otro método de esterilización por calor es el calor seco, utilizado para esterilizarmaterial de vidrio. Para ello se emplean hornos a temperaturas muy altas y tiempos muylargos (media hora a dos horas).Otro método de esterilización por calor seco se logra al flamear las asas de siembra. Paraello el filamento se sitúa en la zona caliente del mechero hasta que esté al rojo vivo. Acontinuación se deja enfriar sin que entre en contacto con ninguna superficie.b) Esterilización por productos químicos. Para ello se emplean determinados productosquímicos, que pueden bien matar a los microorganismos o inhibir su crecimiento. Se
  • 14. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM14Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoemplean estas sustancias sobre todo para limpiar superficies antes y después de habertrabajado con microorganismos. Dentro de los productos químicos tenemos losdesinfectantes, que se utilizan para esterilizar objetos inanimados. Los antisépticos, por elcontrario matan o inhiben el crecimiento microbiano, pudiéndose utilizar sobre tejidos vivos.c) Esterilización por filtración. Se emplean filtros que poseen poros suficientementepequeños para que los microorganismos no pasen a través de ellos, pero si permiten el pasode líquidos o gases.d) Esterilización por radiaciones. Para ello se emplean diferentes radiacioneselectromagnéticas: microondas, ultravioleta. Rayos X, rayos ganma… Se emplea estemétodo sobre todo para esterilizar el material de plástico, como jeringuillas y pacas de Petri.7.2. PasteurizaciónEs un proceso utilizado especialmente en la industria alimentaria. Consiste en reducir lapoblación microbiana presente en los alimentos. El término se debe a Pasteur, quien utilizóesta técnica utilizando calor para controlar el deterioro del vino. Actualmente se empleapara prolongar el periodo de almacenamiento de la leche y sus derivados. La pasteurizaciónse consigue elevando la temperatura l 71 ºC durante un tiempo muy corto, de unos 15segundos.7.3. Técnicas de cultivoUn cultivo es un conjunto de células microbianas creciendosobre o en un medio.El medio es un preparado sólido o líquido que contienenutrientes para el cultivo (crecimiento) de microorganismos,células animales o tejidos vegetales.Entre los nutrientes que los microorganismos precisan destacanuna fuente de carbono y una fuente de nitrógeno.Los medios sólidos son adecuados para el cultivo de bacterias y hongos y se preparanmezclando una solución de uno o varios nutrientes líquidos con un agente gelificante(generalmente agar-agar, un polisacárido procedente de algas rojas) .El medio debe estar esterilizado antes de usarse para el crecimiento, esto permite la obtenciónde cultivos puros o axésicos, formados por una sola especie de microorganismo7.4. Agentes antimicrobianos químicosSe utilizan en gran cantidad en lugares como hospitales, escuelas, domicilios particulares,lugares públicos e industrias. Actúan tanto sobre sustratos biológicos como objetosinanimados. Se pueden distinguir varios tipos de agentes químicos: Esterilizantes. Destruyen todas las formas microbianas de las superficies que son tratadas.Por ejemplo el formaldehído y el glutaraldehído. Desinfectantes. Eliminan a los microorganismos que producen enfermedades infecciosas,pero no destruyen a las esporas microbianas. Se utilizan para tratar superficies inanimadas.Como los hipocloritos (lejía), los compuestos fenólicos, que se emplean en la desinfección desuperficies, y el sulfato de cobre, que actúa como alguicida en piscinas y albercas. Antisépticos. Son sustancias que se usan contra los microbios presentes en las heridassufridas en la piel de animales. El etanol al 70 %, la solución de yodo, el agua oxigenada(peróxido de hidrógeno o H2O2), el jabón y los detergentes.Los agentes quimioterapéuticos presentan una toxicidad selectiva, es decir, atacan a losmicrobios que causan la enfermedad pero sin dañar a las células de los tejidos del hospedador.Existen dos tipos, según sea su origen natural o artificial: Antibióticos. Son de origen natural y se producen en el metabolismo de algunas bacteriasdel grupo de las actinomicetales y en ciertos hongos filamentosos. Su composición química es
  • 15. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM15Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratovariada y en función de ellas se han establecido distintas familias de antibióticos. Son muyútiles para el tratamiento de enfermedades producidas por bacterias, y algunos también tienenefectos contra los hongos patógenos. Su mecanismo de acción consiste en: inhibir la síntesisde la pared bacteriana, destruir los fosfolípidos de las membranas celulares o inhibir la síntesisdel ADN y ARN y de las proteínas.Los antibióticos de amplio espectro ejercen su acción sobre una gran variedad demicroorganismos. Algunas bacterias son resistentes a ciertos antibióticos porque los inactivano bien sus cubiertas no son permeables al antibiótico. A partir de bacterias sensibles a losantibióticos, debido a las mutaciones, aparecen cepas que resisten su acción.La actividad antimicrobiana de los antibióticos se puede calcular realizando pruebas delaboratorio como el método de difusión en agar-agar, que consiste en colocar pequeñosdiscos de papel impregnados de diferentes antibióticos en un cultivo homogéneo en agar-agarde una determinada bacteria. Al poco tiempo se empieza a observar un halo alrededor de cadadisco, que indica el efecto del antibiótico al inhibir el crecimiento de bacterias.La concentración mínima de antibiótico que es capaz de inhibir el crecimiento bacteriano secalcula mediante la prueba denominada técnica de concentración en tubos. Se preparansoluciones de concentraciones crecientes del antibiótico en diferentes tubos de ensayo ydespués se inocula en ellos la bacteria que se quiere probar. El enturbiamiento del líquidoindica el crecimiento de las bacterias. A la concentración mínima de antibiótico en la que lasbacterias no crece se llama concentración inhibitoria mínima. Agentes quimioterapéuticos sintéticos. Las sulfonamidas o sulfamidas interfieren enalgunas reacciones importantes en los microbios patógenos e inhiben su crecimiento. Laisoniacida se utiliza contra la tuberculosis, el AZT disminuye los efectos infecciosos del virusdel sida. La cloroquina se utiliza contra la malaria y la pentamidina contra la enfermedad delsueño.8. Crecimiento microbianoCuando se siembran microorganismos en un medio de cultivo apropiado, los mismoscomienzan a dividirse activamente empleando los nutrientes que le aporta el medio de cultivopara "fabricar" nuevos microorganismos. Este proceso continúa hasta que algún nutriente delmedio de cultivo se agota (sustrato limitante) y el crecimiento se detiene. También puededetenerse el crecimiento por acumulación de alguna sustancia inhibidora formada por losmismos microorganismos.Si analizamos el crecimiento microbiano en el tiempo, en un cultivo cerrado en el que no seañaden nuevos nutrientes, las poblaciones experimentan una típica curva de crecimiento quepuede ser dividida en varias: fase de latencia, fase exponencial, fase estacionaria y fase demuerte.
  • 16. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM16Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoa) Fase de latencia. Cuando una población microbiana es inoculada en medio fresco, elcrecimiento generalmente se produce transcurrido un cierto tiempo. Durante esta fase haymuy poco incremento en el número de células, hasta que las células adaptan su metabolismo alas nuevas condiciones del cultivo.b) Fase exponencial . Una vez adaptadas a las nuevas condiciones, las poblaciones crecenexponencialmente, es decir, se duplican cada cierto tiempo. La velocidad de crecimientoexponencial varía mucho de un organismo a otro. En general, las bacterias crecen con mayorrapidez que los organismos eucariotas y los eucariotas pequeños se desarrollan más aprisa quelos grandesc) Fase estacionaria . Cuando no se suministran nutrientes al medio de cultivo, se agotan losnutrientes esenciales y se acumulan sustancias de desecho. De esta forma se inhibe elcrecimiento del cultivo, que entra en fase estacionaria, en la que no se observa un aumentodel número de células. En esta fase el porcentaje de formación de nuevas células está enequilibrio con el de muertes.d) Fase de muerte. El número de células disminuye gradualmente, debido al agotamiento delas reservas intracelulares, a la falta de nutrientes y a la acumulación de productos tóxicos enel medio.A pesar de todo, los cultivos microbianos pueden mantenerse de forma indefinida en la faseexponencial. Esto se consigue suministrando continuamente nutrientes al medio, al tiempo quese van eliminando los desechos tóxicos y se añaden nuevos microorganismos.9. Técnicas de tinción de microorganismosEl tamaño de la mayoría de las células bacterianas es tal que resultan difíciles de ver con elmicroscopio óptico. La principal dificultad es la falta de contraste entre la célula y el medio quela rodea. El método más simple para aumentar el contraste es la utilización de colorantes.Estos pueden emplearse para distinguir entre tipos diferentes de células o para revelar lapresencia de determinados constituyentes celulares, tales como flagelos, esporas, cápsulas,paredes celulares, centros de actividad respiratoria, etc.Para observar los microorganismos, debido a su pequeño tamaño, se utilizan técnicasmicroscópicas (microscopio óptico2y electrónico). Para ello debemos de teñir, en la mayoría delos casos, las preparaciones para que puedan ser observadas.Las técnicas de tinción pueden ser: Tinción simple: Se utiliza un único colorante (por ejemplo azul de metileno, cristalvioleta, etc.) Este tipo de tinción se utiliza para aumentar el contraste. Tinción diferencial: Se utilizan varios colorantes. La más utilizada es la tinción deGram, para distinguir dos tipos de bacterias, las Gram positivas, que retienen elcolorante fundamental (cristal de violeta), y las Gram negativas, que pierden elcolorante fundamental al ser lavadas con alcohol y se tiñen con el colorante decontraste ( safranina)2Recuerda que los virus son solo observables al microscopio electrónico.
  • 17. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM17Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato10. Los microorganismos patógenosLa gran mayoría de los microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Inclusomuchos de ellos se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los tejidos de losanimales, viviendo en su piel, en sus conductos respiratorios o digestivos. A estosmicroorganismos se les denomina flora microbiana.Los microorganismos patógenos producen enfermedades a las plantas, a los animales y alas personas. Estos microbios manifiestan sus efectos nocivos cuando se encuentran en elinterior de los seres vivos. La penetración en ellos suelen efectuarla a través de heridas omediante los conductos naturales de los animales como los digestivos, respiratorios ogenitourinarios. Por otro lado, los microorganismos oportunistas solo son patógenos endeterminadas condiciones, por ejemplo si disminuyen las defensas de los animales.10.1. Enfermedades infecciosasMuchas enfermedades infecciosas pueden suponer una amenaza para la supervivencia de lahumanidad. El progresivo control de estas enfermedades es posible por el conocimiento y losavances sobre los agentes y los procesos de estas enfermedades y por el descubrimiento delos antimicrobianos. Se diferencian varios tipos de enfermedades infecciosas según sudistribución y su incidencia: Epidemia. Si se producen, a la vez, muchos casos de individuos enfermos de la mismaenfermedad en una determinada comunidad o área geográfica pequeña. Pandemia. Es una enfermedad infecciosa distribuida por una zona extremadamente ampliade la Tierra. Enfermedad endémica. Si una enfermedad infecciosa afecta de manera constante a unadeterminada comunidad, pero con una incidencia no muy alta.Los animales o plantas sobre los que viven y se reproducen los microorganismos patógenos yque les provocan una enfermedad infecciosa se denominan hospedadores definitivos delmicrobio. También hay otros microorganismos que necesitan ser transmitidos por otro animalde un hospedador definitivo a otro, a estos animales se les denomina hospedadoresintermediarios y pueden no sufrir los efectos de la enfermedad.Algunas enfermedades infecciosas que se producen en diversos animales, como el ganadovacuno, los cerdos, los perros, los murciélagos y los conejos, pueden transmitirseposteriormente a la especie humana por el contacto con esos animales. A estas enfermedadesse las denomina zoonosis y en el proceso intervienen los siguientes elementos: Reservorios. Son aquellos lugares donde los patógenos pueden sobrevivir fuera de loshospedadores y desde donde pueden iniciar la infección. Vectores. Son los seres vivos imprescindibles para la transmisión del microorganismopatógeno hasta el hospedador definitivo. Portadores. Son personas que no tienen síntomas de una enfermedad infecciosa, perollevan en su interior el microbio patógeno que la provoca y, por tanto, son potencialestransmisores de ella. Puede ser que el microbio esté aún en fase de incubación o bien que estéen forma latente, si los portadores han padecido la enfermedad y la han superado. Cuarentena. El aislamiento o limitación de movimientos de personas y animales que estáninfectados. Afecta al tiempo más largo de posible contagio de la enfermedad. En fiebreamarilla, peste, cólera, fiebre tifoidea y fiebre recurrente.Flora normal: Muchos microorganismos se han adaptado a las condiciones especiales quetienen los distintos tejidos de un animal, viviendo en ellos, en su piel, en sus conductosdigestivos o respiratorios, son la llamada flora normal o biota normal. La flora bacteriananormal constituye incluso una barrera defensiva más del organismo frente a los patógenospotenciales. Por ejemplo, las zonas anaerobias del intestino grueso están pobladas por
  • 18. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM18Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratobacterias del género Clostridium y Bacteroides. Tratamientos prolongados con antibióticos deamplio espectro pueden provocar la eliminación o disminución de la flora intestinal y permitir lacolonización de microorganismos patógenos (por ejemplo Staphylococcus o levaduras comoCandida albicans).En muchos casos la flora normal modula las condiciones físico-químicas del nicho que ocupa,haciéndolo difícil de colonizar. Por ejemplo, la flora normal de la vagina mantiene el pH entre3,5 y 4,5. Esta acidez impide el desarrollo de Candida albicans (si esta prolifera producevaginitis).E. coli (bacteria beneficiosa, ya que contribuye a la digestión de los ácidos biliares y aportavitaminas al organismo) se vuelve oportunista si alcanza otras zonas, como la vejiga urinaria(causando infecciones urinarias) o el sistema nervioso (meningitis).10.2. Infección microbianaLa infección microbiana es la invasión de microorganismos patógenos a un ser vivo, quepuede causar una enfermedad o no producir daños en el hospedador.La adherencia a las células del hospedador es el primer paso de la infección de un microbio aun ser vivo. En este proceso intervienen macromoléculas de la superficie del microbio, comolas que se encuentran en las cubiertas de virus y bacterias, o bien intervienen las fimbrias, enel caso de las bacterias. Suele existir especificidad de hospedador y de tejidos.Los microbios patógenos frecuentemente penetran a través de los epitelios mediante pequeñasheridas. Primero se produce un foco de infección situado muy cerca del lugar de entrada delmicrobio, donde este se localiza y reproduce. Espinillas y forúnculos son casos comunes defocos infecciosos producidos por bacterias del grupo de los Staphylococcus. Después losmicrobios pueden acceder a la circulación sanguínea, a las vías linfáticas y a los ganglioslinfáticos, donde se inicia la defensa inmunológica de tipo celular del hospedador. Lainflamación de los ganglios linfáticos es un claro indicio de infección microbiana. Si losmicroorganismos alcanzan los vasos sanguíneos, se extienden a otras partes del cuerpo delhospedador, pudiendo concentrarse en tejidos específicos como el hígado o bien producirseuna infección generalizada.10.3. Factores de virulenciaLa manifestación en la que un microorganismo patógeno es capaz de producir una enfermedadse llama virulencia. El mecanismo por el que los microorganismos son patógenos, o factorde virulencia, se debe a sustancias con efecto tóxico que ellos producen. Como por ejemplolas toxinas y ciertas enzimas segregadas por los patógenos al medio. Toxinas. Hay dos categorías de toxinas según se liberen o no al exterior: Exotoxinas. Suelen ser proteínas solubles con gran especificidad para ciertos tejidos,como pueden ser las neurotoxinas, que atacan a las células del sistema nervioso, yenterotoxinas, que afectan a las células epiteliales digestivas causando diarreas.Inducen en el cuerpo de los hospedadores la síntesis de anticuerpos específicosdenominados antitoxinas. Las toxoides o anatoxinas son exotoxinas que pierden sucarácter tóxico si se calientan o si se tratan con ciertas sustancias químicas como elformaldehído, pero que todavía pueden inducir la producción de antitoxinas. Elbotulismo, el cólera, la difteria y el tétanos son producidas por exotoxinas. Endotoxinas. Son moléculas estructurales de la membrana externa de la pared celularde bacterias Gram −. Su composición química es de tipo lipopolisacárido y su actividadtóxica la tienen tanto si están formando parte de la pared celular intacta, como si sonliberadas al medio cuando se desintegra. Enzimas extracelulares. Como la hialuronidasa, la coagulasa, la lecitinasa, la leucocidina ylas hemolisinas. Bacterias como Staphylococcus aureus y Streptococcus pyogenes producenhialuronidasa, enzima que hidroliza el ácido hialurónico, uno de los componentes del cemento
  • 19. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM19Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoextracelular, por lo que la cohesión entre las células disminuye y las bacterias tienen másfacilidad para invadir el tejido. Otra bacteria, Clostridium perfringens, segrega lecitinasa quehidroliza los lípidos de membrana de las células del hospedador.11. Las enfermedades infecciosasLas enfermedades microbianas se pueden clasificar en función de los distintosmicroorganismos capaces de originarlas o a partir del medio en que son transmitidas. Lasenfermedades infecciosas se transmiten por contacto directo, por el aire, por vía sexual, por elagua o los alimentos o bien mediante vectores animales.11.1. Enfermedades transmitidas a través de heridas en la pielLa mayoría de los microorganismos patógenos aprovechan las roturas de la piel, como heridaso incisiones quirúrgicas, para invadir a sus hospedadores. Aunque algunos de ellos puedenpenetrarlos a través de la piel. Estos microorganismos pueden estar presentes sobre la piel delanimal, encontrarse en el objeto que ha producido la herida o bien provenir del suelo, de laropa contaminada, de las heces humanas o incluso de la orina. Es muy importante tratarinmediatamente las heridas con un agente desinfectante y proteger la zona herida. Lasenfermedades transmitidas a través de la piel más representativas son: Rabia. Es causada por el virus de ARN con envoltura, Rhabdovirus, que ataca al sistemanervioso. Se transmite por la mordedura de perros, gatos o murciélagos. Los síntomas sonfiebre, alucinaciones, desorientación, hiperactividad e hidrofobia y aparecen de tres a ochosemanas después de la mordedura. Se trata mediante sueroterapia y se previene con unavacuna. Tétanos. La bacteria Clostridium tetani se encuentra esporulada en el suelo y en el intestinode animales herbívoros. Produce una potente neurotoxina que altera el sistema nervioso,provocando la contracción violenta e involuntaria de músculos como los del cuello y lasmandíbulas. La mortalidad es más del 50 %. Se trata con relajantes musculares y antitoxinas. Dermatomicosis. Es producida por hongos dermatófitos que provocan lesiones en la piel.Se trata con fungicidas como la nistalina.11.2. Enfermedades transmitidas a través del aireMuchos microbios se transmiten por el aire dentro de microgotas de humedad (aerosoles) osobre partículas de polvo. Estas partículas pueden proceder de personas enfermas que lasexpelen a través, por ejemplo, del estornudo o de la tos, o incluso al hablar, o bien procedendel medio ambiente contaminado. La inhalación por parte de personas sanas de estasmicrogotas o micropartículas puede iniciar en ellas un foco infeccioso. Los microorganismosque se transmiten por medio del aire infectan generalmente las vías respiratorias de losanimales. Entre las enfermedades transmitidas a través del aire destacan: Resfriado común. Es una infección del Rhinovirus en los epitelios de las fosas nasales y dela faringe. Produce congestión nasal, descarga nasal, estornudos, tos y fiebre ligera. Gripe. El Ortomixovirus infecta las vías respiratorias superiores y a veces el pulmón. Lossíntomas son: fiebre alta, dolores de cabeza, escalofríos y fatiga. Sarampión. Es una enfermedad infantil, provocada por Paramixovirus que ataca a las víasrespiratorias. Los síntomas son: tos, fiebre, enrojecimiento de ojos. Se puede prevenir con unavacuna. Paperas. Consiste en una infección del conducto respiratorio superior y en la inflamación delas glándulas salivales provocado por el Paramixovirus. La infección puede progresar a lostestículos, el páncreas y el cerebro. Se trata con vacuna.
  • 20. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM20Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato11.3. Enfermedades transmitidas por vía sexualLas enfermedades de transmisión sexual (ETS) o enfermedades venéreas estánextendidas en todo el mundo, y afectan principalmente a la población adolescente y a losjóvenes hasta 30 años. Los microorganismos que causan estas enfermedades se transmiten,de las personas infectadas a las sanas, a través de las relaciones sexuales. Aunque también sepuede producir la infección a través de otros medios como jeringuillas contaminadas, portransfusiones de sangre contaminada, o en el momento del nacimiento a partir de madresinfectadas. La mayoría de estas enfermedades son fácilmente curables mediante tratamientocon antibióticos y quimioterapia, pero otras, como las originadas por virus, son más difíciles decurar, como el sida. La mejor manera de atacar estas enfermedades son los métodospreventivos en las relaciones sexuales.Las principales enfermedades venéreas son las siguientes: Sida. El Retrovirus o VIH (virus de ARN con envoltura) ataca a los linfocitos T y losdestruye, causando una disminución importante de las defensas inmunológicas del enfermo.Se producen múltiples infecciones simultáneamente que deterioran el organismo y lepueden ocasionar la muerte. La infección tiene una fase asintomática que puede durarvarios años, antes de que aparezcan los síntomas graves de la enfermedad. En los últimosaños se han producido importantes avances sobre su prevención y su tratamiento. Herpes genital. Es causado por el Herpesvirus (virus de ADN de doble cadena, de cápisdaicosaédrica y envoltura) que provoca infecciones y ampollas alrededor del ano, en la uretray en la vagina en el sexo femenino, y en el pene en el hombre. Los síntomas son: fiebre,dolor al orinar y dolores genitales. Hasta el momento la enfermedad es incurable pero sepueden aliviar las ampollas con una sustancia análoga a la guanina, acyclovir. Hepatitis B. El causante de la enfermedad es el Picornavirus (virus de ADN de doblecadena y envoltura). Los virus infectan las células del hígado. Las alteraciones en esteórgano provocan: debilidad general, náuseas, vómitos frecuentes, fiebre y amarilleamientode la piel. Se puede adquirir también a través de transfusiones sanguíneas contaminadas,de jeringuillas y agujas contaminadas y en el nacimiento. Existe una vacuna muy efectiva. Gonorrea. La bacteria, Neisseria gonorrhoeae, produce una potente endotoxina queprovoca la inflamación de la mucosa vaginal de la mujer. En muchos casos la mujer es unaportadora asintomática de la enfermedad. En el hombre produce infección del canal uretral,con dolor al orinar y descarga de pus amarillento. Si la infección se extiende puede produciresterilidad en el hombre. Se trata con antibóticos. Sífilis. La bacteria, Treponema pallidum, es la causante de lesiones iniciales de la piel(chancro), en los genitales y en otras zonas del cuerpo. Posteriormente aparece unaerupción cutánea generalizada y, si la infección se extiende, pueden quedar afectados elsistema nervioso y los vasos sanguíneos. Si la infección se propaga por el sistema nerviosopuede provocar locura. Se trata con penicilina. Candidiasis vaginal. El hongo, Candida albicans, produce inflamación de las paredes de lavagina (vaginitis) con flujo vaginal pastoso en la mujer y uretritis (inflamación de la uretra)en ambos sexos. Se trata con fungicidas. Tricomoniasis. Es provocada por el protozoo, Trichomonas vaginalis. Los síntomas soninfección en la uretra en ambos sexos. En la mujer provoca vaginitis con flujo vaginal ydolor al orinar y en el hombre infección de la próstata y de las vesículas seminales. Elhombre, en muchos casos, no presenta síntomas de la enfermedad. Se trata conmetronidazol.11.4. Enfermedades transmitidas por el agua y los alimentosLas enfermedades infecciosas transmitidas por el agua o los alimentos pueden producirsedebido a la proliferación de los microorganismos patógenos en el cuerpo del animal que losingiere o bien por las toxinas existentes en los alimentos y en el agua, sin que sea necesaria lapresencia del microbio patógeno.
  • 21. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM21Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoLa mayoría de estas enfermedades afectan al tracto digestivo, aunque también pueden afectara otras partes del cuerpo, como el sistema nervioso, los músculos o el corazón. Losmicroorganismos que causan estas enfermedades se encuentran de manera natural sobre losalimentos que ingerimos: Granos de cereales. Pueden estar contaminados por mohos y levaduras, que luego pasanal pan en el proceso de su elaboración. Carnes. Si son indebidamente manipuladas o mal conservadas pueden contener bacterias,hongos y huevos o quistes del nematodo Trichinella spiralis, que causa la enfermedaddenominada triquinosis. Pescado fresco y marisco. Contienen diferentes especies de enterobacterias, virus ygusanos parásitos, como el Anisakis. Leche fresca. En el procesado manual de la leche, su transporte o almacenamiento puedenincorporar bacterias como Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus, Lactobacillus yAcinetobacter. Zumos, especias y condimentos. Pueden contener bacterias (Bacillus, Clostridium,Pseudomonas) y hongos (Aspergillus, Saccharomyces, Candida).El almacenamiento inadecuado de los alimentos y las condiciones sanitarias deficientes en sutransporte y manipulación o el cocinado incompleto pueden causar enfermedades infecciosas.Algunas enfermedades que pueden transmitir los microorganismos mediante los alimentos y elagua son: Disentería amebiana o amebiasis. Se produce por la infección de los quistes del protozoo,Entamoeba histolytica, a través del agua o de alimentos contaminados por heces. Los síntomasson: ulceración del epitelio intestinal y diarrea. Se trata con paromomicina. Poliomielitis. Infección inicial en la faringe y el intestino provocada por Poliovirus. Despuéscausa fiebre, dolor y rigidez de los músculos del cuello y de la espalda. En casos graves puedecausar parálisis de las piernas. Se previene con vacunas. Botulismo. Enfermedad producida por la neurotoxina de la bacteria, Clostridium botulinum,que envenena los alimentos y que actúa sobre la capacidad del sistema nervioso de controlarla contracción muscular. Los síntomas son: doble visión, dificultad al hablar, parálisis deldiafragma. Se trata con antitoxina. Salmonelosis. Gastroenteritis producida por la proliferación de la bacteria Salmonella en elintestino. Provoca diarreas y vómitos. Los principales alimentos que se contaminan sonhuevos, leche y sus derivados. Hepatitis A. Es una infección en el hígado producida por el virus Hepatitis A. Los síntomasson fiebre, pérdida de apetito, fatiga e ictericia.11.5. Enfermedades transmitidas por animalesMuchos animales como las garrapatas y otros ácaros, los piojos, las pulgas, los mosquitos y lasmoscas, al picar a la especie humana o al contaminar sus alimentos, le transmiten microbiospatógenos, actuando como vectores que llevan los microbios a los hospedadores definitivos.Los vectores pueden ser: Vectores mecánicos. Transportan a los microbios en ciertas zonas de su cuerpo como laspatas o los apéndices bucales. Vectores biológicos. No solo transportan al microorganismo, sino que, además, éstedesarrolla en ellos parte de su ciclo vital.Frecuentemente, los artrópodos captan los microbios patógenos de otros animales,considerados como reservorios de los microbios, como las ratas. Algunas enfermedadesinfecciosas transmitidas por artrópodos han tenido una historia trágica en siglos pasados,causando grandes mortandades (pandemias) en la humanidad, como la peste, y otras, aúnhoy, tienen una gran incidencia entre algunas poblaciones, como ocurre con la malaria y lafiebre amarilla. Las principales enfermedades infecciosas transmitidas por animales son:
  • 22. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM22Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato Fiebre amarilla. El mosquito Aedes aegypti lleva el virus Flavivirus en su saliva y lotransmite a través de sus picaduras. Infecta el hígado, el riñón y otros órganos. Provocafiebre, náuseas, vómitos, albuminuria e ictericia. Peste. Es provocada por la bacteria Yersinia pestis. Los reservorios de esta bacteria sonroedores salvajes y ratas domésticas. Los síntomas son: abultamiento de los ganglioslinfáticos, manchas oscuras en la piel, delirio y muerte en pocos días. Se trata conestreptomicina y se previene con una vacuna. Fiebre de las montañas rocosas. La bacteria, Rickettsia rickettsii, es un parásitointracelular del núcleo o del citoplasma de células endoteliales de capilares sanguíneos. Lossíntomas de esta enfermedad son fiebre y dolor de cabeza. La garrapata de perro es, a suvez, vector y reservorio de esta bacteria. Enfermedad del sueño. Es provocado por elprotozoo Tripanosoma bvrucei y transmitido por la mosca tsé-tsé. Infecta los vasos sanguíneosy puede invadir el sistema nervioso central, causando inflamación del tejido cerebral ymedular, lo que determina la postración extrema de los enfermos. Malaria o paludismo. El mosquito Anopheles es un vector biológico, que transmite variasespecies del protozoo Plasmodium. Se infectan las células hepáticas (esporozoítos) y eritocitossanguíneos (merozoítos). Los síntomas son: fiebres recurrentes, escalofríos, dolores de cabezay musculares y anemia.12. La biotecnología microbianaLa biotecnología microbiana o la microbiología industrial son procesos industriales queutilizan como base microorganismos para obtener productos con utilidad humana, comomedicinas y alimentos. Los microorganismos deben tener un crecimiento rápido, resistencia aser cultivados a gran escala y una producción en gran cantidad y en el menor tiempo posible.12.1. Producción de antibióticosHasta el momento se conocen cerca de 800 antibióticos producidos por microorganismos:hongos del género Penicillium y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces. La selecciónde los microorganismos productores de antibióticos se suele efectuar al azar en la naturaleza.Las principales causas que han contribuido al desarrollo de los antibióticos son: El descubrimiento de especies microbianas que tienen mayor capacidad de producción.Por ejemplo, inicialmente la penicilina era obtenida del hongo Penicillium notatum, peroactualmente se usa otra especie, P. chrysogenum, que produce más cantidad de penicilina. El mejoramiento de los medios de cultivo y el desarrollo de la técnica de cultivosumergido en los fermentadores industriales, que permiten el crecimiento de los microbios engrandes volúmenes. La selección de cepas mutantes de los microbios productores, que tienen más capacidadde producir antibióticos. Las cepas mutantes se pueden obtener artificialmente mediante el usode rayos X y rayos ultravioleta. La mejora en el método de extracción del antibiótico de la mezcla de cultivo.12.2. Producción de vitaminas, aminoácidos y enzimasA nivel industrial se pueden obtener, entre otros, los siguientes productos: Vitaminas. La mayoría de las que se añaden a los alimentos o se utilizan en compuestosfarmacéuticos son sintetizadas en el laboratorio. Pero algunas de ellas se producenindustrialmente mediante procesos de fermentación microbiana. Por ejemplo, la vitamina B12se produce a partir de las bacterias Pseudomonas y Propionibacterium, que llegan a rendirhasta 60 mg vitamina/L de medio de cultivo. Aminoácidos. Muchos microorganismos pueden sintetizar aminoácidos a partir deprecursores nitrogenados inorgánicos como el sulfato amónico, como ocurre con las bacteriasCorynebacterium y Brevibacterium. El aminoácido se sintetiza en exceso, de modo que el
  • 23. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM23Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoexcedente se secreta al exterior. Este hecho se aprovecha para la producción industrial deaminoácidos a partir de microorganismos. Los aminoácidos producidos son utilizados en laindustria alimentaria como potenciador de sabor de los alimentos, edulcorantes artificiales,aditivos alimentarios o antioxidantes. Por ejemplo, el ácido glutámico y la lisina. Enzimas extracelulares. Diversos hongos (Penicillium, Mucos, Aspergillus) y bacteriasproducen enzimas en mayor cantidad de la que pueden utilizar, de modo que se expulsan yactúan en el medio. Las proteasas y amilasas que se utilizan en panadería e industria textil.12.3. Procesos de fermentaciónAlgunos microorganismos realizan transformaciones químicas en las que las moléculasorgánicas son degradadas incompletamente a un compuesto orgánico sin intervención de unacadena respiratoria y sin gasto de oxígeno, se trata, por tanto, de fermentaciones. Latransformación del sustrato en un producto se llama tradicionalmente fermentación. Noobstante, algunas de estas pueden consistir en un catabolismo con intervención de la cadenarespiratoria, que produce una respiración aerobia con oxidación incompleta del sustrato. Elproducto final es un compuesto orgánico. Las fermentaciones a escala industrial se llevan acabo en los denominados fermentadores.Los principales productos obtenidos de los microorganismos mediante fermentadoresindustriales son el etanol, el ácido láctico y el vinagre. Etanol. Aparte de ser un disolvente orgánico usado comúnmente en la industria química, esla sustancia propia de las bebidas alcohólicas. Las levaduras del género Saccharomycesobtienen etanol degradando incompletamente moléculas de glucosa, mediante la fermentaciónalcohólica. La ecuación global es:Glucosa (C6H12O6) → 2 etanol (CH3-CH2OH) + 2 CO2Las bebidas alcohólicas que se obtienen de las fermentaciones producidas por las levadurasson el vino, de la fermentación del azúcar de la uva por parte de las levaduras:Saccharomyces cerevisae, S. ellipsoideus y otros géneros; la sidra a partir de la fermentaciónde la manzana por S. apiculatus. La cerveza, que se obtiene fermentando granos de semillade cebada (malta) por la levadura S. cerevisiae. También el pan se obtiene a partir de lafermentación alcohólica. Ácido láctico. Es una molécula con gran variedad de usos. El lactato de hierro es utilizadoen el tratamiento de anemias y el lactato de calcio en las deficiencias de calcio. Los lactatosde sodio se emplean en sustancias plastificantes. El ácido láctico es producido por bacteriascomo Lactobacillus bulgaricus que degradan la lactosa. La siguiente reacción globalcorresponde a la fermentación láctica:Lactosa (C12H22O11) + H2O → 2 glucosa (C6H12O6) → 4 ácido láctico (CH3-CHOH-COOHEl medio de cultivo para esta fermentación láctica es un líquido (suero de leche) constituidopor una solución acuosa de lactosa, varias sales y vitaminas. Se produce ácido láctico. Al cabode dos días la fermentación se ha completado. Después se debe hervir la solución paracoagular las proteínas producidas y poder separar el ácido láctico, en forma de lactato sódico,que debe ser purificado. Ácido acético o vinagre. Las bacterias de los géneros Acetobacter y Gluconobacter tienenla facultad de degradar incompletamente el etanol hasta obtener ácido acético. El fermentadorde Frings se utiliza en este proceso. La reacción global es la siguiente:2 etanol (CH3-CH2OH) + 2 O2 → 2 ácido acético (CH3-COOH) + 2 H20
  • 24. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM24Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratoEsta reacción requiere oxígeno, de modo que no se trata de una verdadera fermentación,aunque se suele nombrar como fermentación acética. El sustrato para esta transformaciónpuede ser el vino, la sidra o una disolución de alcohol etílico.12.3.1. Fabricación de vinoEl vino se obtiene a partir de la fermentación alcohólica de los azúcares solubles presentes enel zumo de uvas (glucosa y fructosa) para dar alcohol etílico y CO2. El zumo de uvas o mostose obtienen por prensado de las uvas. La fermentación del mosto se realizaespontáneamente por las levaduras que se encuentran normalmente en la piel de las uvas(Saccharomyces cerevisiae y otros géneros). Después de la fermentación se puede indicar unproceso de envejecimiento del vino en barricas.12.3.2. Fabricación de cervezaLa cerveza se elabora a partir de la fermentación alcohólica de los cereales. El más empleadoes la cebada y el proceso se realiza en los siguientes pasos: Malteado. Las semillas se humedecen y se dejan germinar antes de secarlo, para utilizarloen forma de malta. Molido. Se muele la cebada malteada con agua para que el almidón se degrade a glucosapor las amilasas producidas en la germinación de la semilla. Adición de lúpulo. El extracto acuoso obtenido se separa del sólido triturado de lassemillas y se le añade lúpulo que impide el crecimiento de bacterias y proporciona amargorcaracterístico. Hervido de la mezcla. Se desnaturalizan las amilasas. Levaduras. A esta mezcla se le añaden las levaduras (S. cerevisiae) que van a producir lafermentación alcohólica de la glucosa en unos diez días. Maduración. Después de la fermentación se separa la levadura y se deja madurar untiempo determinado. Finalmente se filtra y se pasteuriza la bebida.12.3.3. Fabricación panEl pan se obtiene por fermentación alcohólica de la masa de harina y agua que produce unaumento de volumen de la masa al degradar la levadura los azúcares y la formación deburbujas de dióxido de carbono, proporciona su textura esponjosa. Tras mezclar la harina decereales y agua se añade sal, azúcar y una pequeña cantidad de levadura y se deja fermentar.Las enzimas de la harina, activadas por el agua, convierten el almidón de los granos de cerealen glúcidos: maltosa y glucosa. La levadura degrada los azúcares y produce una mezcla dealcohol etílico y dióxido de carbono.12.3.4. Fabricación de quesoEn la elaboración del queso y de yogur o cuajada, los glúcidos sencillos pasan a ácido lácticopor fermentación láctica que producen las bacterias lácticas (Lactobacillus y Lactococcus).Estas bacterias se encuentran de forma natural en la leche sin esterilizar. El proceso se realizaen dos fases: Formación de la cuajada. Se incorpora a la leche el cultivo de bacterias, dejando incubarla mezcla un cierto tiempo. Después se añade una enzima proteolítica, la renina, que coagulaproteínas y cuaja la leche. Se separa la fase líquida (suero) de la cuajada y esta se prensa y seenvuelve en una tela seca. Maduración de la cuajada. Se lleva a cabo por la acción de las bacterias y los mohos. Ensu desarrollo se hidrolizan progresivamente las proteínas a péptidos solubles y luego aaminoácidos libres, que se descomponen en ácidos grasos, aminas y amoniaco.
  • 25. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM25Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato12.4. Microorganismos y el control de plagas de insectosLos microorganismos entomopatógenos se utilizan como bioinsecticidas para controlar elexcesivo crecimiento de la población de algunas especies de insectos perjudiciales para laagricultura. Estos microorganismos infectan a los insectos adultos o a sus estados larvarios, ylos matan, o bien los intoxican con ciertas sustancias que secretan, como proteínas, queactúan como veneno para los insectos cuando éstos las ingieren.Algunos virus y ciertas especies de bacterias y hongos se utilizan de esta manera para eliminarpoblaciones de insectos dañinos. Las toxinas de los microbios entomopatógenos, aunquematan a los insectos, no suelen tener efecto tóxico en otros animales superiores ni en laespecie humana. Sin embargo, los insecticidas, tienden a acumularse en el suelo o bien vana parar a las aguas continentales y tienen efectos negativos en el ambiente.12.5. Microorganismos y la industria alimentariaAlgunos microorganismos, generalmente no patógenos, se encuentran contaminando losalimentos más comunes como carnes, frutas y verduras, huevos, mariscos y otros productosdel mar y la leche.Para garantizar que estos alimentos puedan ser consumidos sin peligro para la salud humana,diferentes organizaciones internacionales, como la FAO, han establecido una serie de normasque deben cumplirse. Entre ellas se encuentra el control microbiológico de los alimentos.En el control microbiológico de los alimentos se observan los microorganismos de losalimentos en el microscopio óptico a partir de preparaciones microscópicas, con el fin de: Determinar a qué grupos pertenecen (bacterias, hongos, protozoos). Averiguar el tipo metabólico que realizan (aeróbico, anaeróbico, facultativo). Efectuar un recuento de su abundancia en el alimento. Se establece una abundanciamáxima de microorganismos (en número de células/ mg o mL) permitida para que losalimentos pueden considerarse aptos o no aptos para su consumo.La preservación de los alimentos antes de su consumo, para evitar la proliferación deciertos microbios, se realiza mediante una serie de prácticas como son: el manipuladoaséptico, el tratamiento con calor o con bajas temperaturas, la deshidratación, el añadido deaditivos químicos o bien el tratamiento de los alimentos con rayos ultravioleta o radiaciónionizante.Hay algunos microorganismos que se utilizan para obtener alimentos, como los que soncapaces de fermentar frutos, vegetales y la leche. Mediante esta fermentación se conservan yobtienen un sabor y aroma característicos. La fermentación de los alimentos se efectúa apartir de los propios microorganismos de los alimentos o bien se realiza gracias a otros que seañaden al sustrato alimenticio, como en la fabricación del queso y otros derivados lácteos,como la leche búlgara, el yogur y el kéfir (mezcla de fermentación láctea y alcohólica).12.6. Microorganismos y la ingeniería genéticaGracias a la investigación, el futuro de la ingeniería genética microbiana se prevé casi sinlímites y contribuirá al desarrollo de la salud humana, a la evolución adecuada del ambiente ya la producción de nuevos alimentos.La ingeniería genética microbiana consiste, básicamente en introducir el gen que se encarga decontrolar la producción de una cierta molécula. Este gen procede de una molécula de ADNdonante, del material genético de una bacteria, principalmente de alguno de sus plásmidos.Luego se añaden a un medio de cultivo con bacterias, que los incorporan a su material
  • 26. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM26Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachilleratogenético mediante el proceso de la transformación. Las bacterias con estos nuevos plásmidosse reproducen, clonan el gen recibido y adquieren la capacidad de producir la molécula útil,que posteriormente es recuperada del medio de cultivo. Este proceso se realiza en lossiguientes pasos: Aislamiento de los plásmidos, que se quieren modificar genéticamente, rompiendo lascubiertas bacterianas mediante métodos químicos o físicos. Centrifugación de los componentes citoplasmáticos, para separar la fracción quecontiene los plásmidos. Tratamiento con enzimas endonucleasas de restricción específicas, del ADN donante y delas moléculas de los plásmidos. Se producen roturas similares en ambas moléculas,desprendiéndose del ADN donante el gen que se quiere clonar. Los trozos del ADN donanteque contienen el gen tienen tendencia a unirse a los plásmidos rotos, formándose nuevosplásmidos (plásmidos recombinantes) que llevan el gen del ADN donante. Por transformación, se incorporan los plásmidos recombinantes en las bacterias. Serequiere un tratamiento secuencial de frío y calor en una solución de cloruro cálcico (CaCl2)que altera la permeabilidad de la pared bacteriana y facilita la entrada de los plásmidos.A pesar de los avances en la manipulación genética de los microorganismos, aún presentaciertos problemas como la incorrecta unión del gen en el plásmido, la inestabilidad delplásmido recombinante dentro de la bacteria y la acción de las endonucleasas que cortan elADN en trozos muy pequeños y fragmentan el gen.12.7. Microorganismos y la depuración de las aguas residualesLas aguas resultantes del uso doméstico o industrial llevan gran cantidad de sustanciasquímicas tóxicas que es preciso eliminar o tratar. En las plantas depuradoras de aguasresiduales, el tratamiento secundario permite eliminar las sustancias orgánicas indeseablesmediante el uso de diferentes microorganismos como bacterias y protozoos. Éstos digieren lamateria orgánica del agua de desecho y luego la oxidan, mediante reacciones de fermentacióny de respiración, hasta moléculas más simples, como el metano (CH4) y el CO2. Este procesose puede realizar anaeróbicamente en tanques cerrados, o bien aeróbicamente en tanquesabiertos en los que aumenta la velocidad de biodegradación de las moléculas orgánicas.En los medios acuáticos, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) mide la cantidad demateria orgánica. Es la capacidad de consumir oxígeno que hay en una masa de agua. A másmateria orgánica en el agua, más microorganismos pueden oxidarla y, por tanto, hay másconsumo de oxígeno. Si la materia orgánica disminuye, al ser degradada por losmicroorganismos, la DBO desciende. Una planta depuradora de aguas residuales puede reducirla DBO hasta un 90 %.13. Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLa cantidad de materia que hay en la Tierra ha sido prácticamente la misma desde suformación. Según la ley de la conservación de la materia, ésta no se crea ni se destruye,pero sí está en constante transformación debido a los fenómenos fisicoquímicos que se llevan acabo en la Tierra y a la acción de los seres vivos.Muchos de los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos aunos circuitos cíclicos que consisten, básicamente, en pasar de materia inorgánica inerte aformar parte de materia constitutiva de seres vivos y de éstos, posteriormente, de nuevo amateria inorgánica inerte, cerrándose el ciclo. Son los llamados ciclos de la materia o ciclosbiogeoquímicos. El papel de los microorganismos en estos ciclos es vital por dos funciones: Descomposición de la materia orgánica compleja muerta (cadáveres de animales y restosde vegetales) en materia orgánica sencilla.
  • 27. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM27Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato Mineralización o transformación de la materia orgánica en materia inorgánica. Permite,por un lado, incorporar materia inerte a la biosfera impidiendo que se agote y, por otro lado,proporciona a las plantas materia inorgánica utilizable.13.1. Microorganismos y el ciclo del carbonoEl carbono (C) es el átomo más abundante e importante de la materia viva y constituye elesqueleto de la mayoría de las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidosnucleicos). Los microorganismos que intervienen en el ciclo del carbono son: Microorganismos fotótrofos (muchas bacterias y las algas microscópicas). Captan el CO2atmosférico y fijan el carbono en moléculas orgánicas (CH2O) en presencia de la luz. Sinembargo, los organismos fotosintéticos también respiran, y degradan materia orgánica ydesprenden CO2. Bacterias desintegradotas. Unas (Bacillus amilobacter y Clostridium butiricum), efectúanfermentación butírica, mediante reacciones de descomposición de la materia orgánica, en laque se descomponen restos vegetales, y otras (Bacterium linens y Clostridium sporogenes)fermentación pútrida en la que se descompone materia orgánica de tipo proteico oaminoacídico. Hongos de la putrefacción de la madera. Descomponen restos vegetales, utilizando lacelulosa y la lignina como fuente de carbono y energía. Los productos de esta descomposiciónson: sustancias orgánicas malolientes, dos compuestos de carbono, el CO2 y el metano (CH4).El metano es producido sólo por arqueobacterias anaeróbicas, llamadas metanógenas.13.2. Microorganismos y el ciclo del nitrógenoEn los seres vivos, el nitrógeno es un elemento imprescindible para la formación de losaminoácidos y de los nucleótidos. En la naturaleza, el nitrógeno está a disposición de los seresvivos en forma de nitratos (NO3−) en los suelos y en el agua, y en forma gaseosa de N2 en laatmósfera. Las bacterias que intervienen en este ciclo son: Bacterias desintegradotas. Degradan los compuestos orgánicos nitrogenados de animalesy plantas muertos, como las proteínas, mediante fermentaciones pútridas, y producenamoniaco (NH3). También las sustancias de desecho, que excretan los animales vivos al medioambiente, como urea y ácido úrico las transforman en amoniaco. La acción de losmicroorganismos descomponedores va enriqueciendo los suelos con amoniaco, lo que sedenomina amonificación. Bacterias nitrificantes del suelo. Desarrollan el proceso de nitrificación, oxidandoaeróbicamente el amoniaco. Este proceso ocurre en dos pasos:- Nitrosación. Las bacterias del género Nitrosomonas transforman el amoniaco en nitrito(NO2−).- Nitratación. Las bacterias del género Nitrobacter transforman el nitrito en nitrato (NO3−).Los nitratos del suelo ya pueden ser absorbidos por las plantas para incorporarlos a moléculasorgánicas. Bacterias desnitrificantes, como las del género Pseudomonas. Realizan anaeróbicamenteun proceso inverso al de la nitrificación, al transformar los nitratos en N2 gaseoso, que seincorpora a la atmósfera. Esta transformación se llama desnitrificación. Bacterias fijadoras del nitrógeno. Aunque el 79 % de la atmósfera está formado por N2,sólo algunas bacterias de los géneros Azotobacter, Clostridium y Rhizobium y algunascianobacterias (Anabaena, Nostoc) son capaces de aprovecharlo e incorporarlo a sus moléculasorgánicas. Estas bacterias convierten el N2 en moléculas de amoniaco (NH3), en el procesodenominado fijación del nitrógeno.Bacterias del género Rhizobium se encuentran en grandes cantidades en los nódulosradiculares de las leguminosas. La estrecha asociación simbióntica de la planta con lasbacterias permite a éstas fijar el nitrógeno atmosférico:
  • 28. Biología 21 de bachilleratoC.E.M HIPATIA -FUHEM28Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato- Una parte es cedido a la planta en forma de componentes nitrogenados solubles que sonempleados en el metabolismo de la planta.- Otra parte pasa al suelo, enriqueciéndose de componentes nitrogenados.