Your SlideShare is downloading. ×
Tema 44.1
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Tema 44.1

2,117
views

Published on


0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
2,117
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
31
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. DISTRIBUCIÓN DE LOS MICROORGANISMOSEN LA NATURALEZAECOLOGÍA MICROBIANA: CONCEPTOSGENERALES
  • 2. Microambientes-Los hábitats naturales de los microorganismosson muy diversos.-La ecología microbiana se encarga del estudio delos microorganismos en sus hábitats, de lasrelaciones con otros organismos y con susambientes. Por tanto tiene dos objetivos: jEl estudio de los microorganismos presentes enlos nichos ecológicosEl estudio de sus actividades metabólicas-Es una ciencia básica y de importancia practicala resolución de problemas medioambientales
  • 3. Hábitat: es la localización física de un organismo.Nicho: es un término más amplio que hábitat ya queincluye a los microorganismos, su hábitat físico y lascondiciones de crecimiento físicas y químicas.-El nicho de cada organismo esta definido por lasdiferencias en el tipo y cantidad de los diferentesrecursos o nutrientes y po las co d c o es de hábitat. ecu sos ut e tes por as condiciones del áb tat-Para cada organismo existe al menos un nicho siendo elprincipal aquel en el que crece mejor.-De la gran variedad de nichos que existen depende en latierra la gran diversidad metabólica de losmicroorganismos y la biodiversidad microbiana.
  • 4. Microambiente :lugar del hábitat en el que unmicroorganismo vive y lleva a cabo sumetabolismo.- Por ejemplo en una partícula de suelo de3mm pueden existir diversos tipos demicroambientes con características químicas y Mayor concentración de O2físicas muy diferentes, que no se parezcannada entre sí. d t í Microaerófilos Menor concentración de O2 Anaerobios facultativos Mapa de contorno de [O2] en una partícula de suelo
  • 5. -En un microambiente las condiciones fisicoquímicaspueden cambiar rápidamente en cuanto al tiempo y alespacio. Por tanto hay que decir que los microambientesson heterogéneos y que las condiciones en un determinadomicroambiente pueden cambiar muy deprisa. De esta formalos microambientes contribuyen al aumento de ladiversidad microbiana en un espacio físico y relativamentedi id d i bi i fí i l ti tpequeño.
  • 6. Ecosistemas microbianos● Están formados por una comunidad natural que se estructura: componentes bióticos del ecosistema componentes abióticos● tiene en cuenta las complejas interacciones entre: los microorganismos que forman la comunidad los flujos de energía y materiales que la atraviesan alimentos….
  • 7. Tienen tres elementos básicos:● Autótrofos (transformar los compuestos inorgánicos en orgánicos)● Heterótrofos(utilizan los c. orgánicos de c los autótrofos)● Elemento abiótico suelos(crítico para el reciclado de los nutrientes)
  • 8. Para desarrollarlo los microorganismos necesitan:● Un área grande de contacto● Un rápido desarrollo● Gran capacidad para degradar
  • 9. Funciones de los microorganismos en el ecosistema:● Formación de materia orgánica (fotosintesis y procesos quimiosinteticos)● Descomponen la materia orgánica● Fuente de nutrientes● Modifican sustratos y nutrientes● Cambian las proporciones de materiales solubles y gaseosos● Producen compuestos inhibitorios
  • 10. Biofilms o biopelículas: concepto, composición, formación y propiedades.Concepto- Son comunidades de microorganismos que crecen embebidos enuna matriz de exopolisacáridos y adheridos a una superficie inerteo u tejido vivo.-Constituyen una modalidad de crecimiento protegido que permitea las bacterias sobrevivir en ambientes hostiles.-El sistema quorun sensing es un mecanismos de regulacióndependiente de la acumulación en el medio de una molécula señalautoinductor que permite a la bacteria sentir la densidad depoblación existente. “Quorum sensing”
  • 11. -Las bacterias en la biopeliculas pueden llevar a la destruccióntanto de superficies inertes como vivas, a partir de los productosexcretados de las células bacterianas.-Atrapan nutrientes para el crecimiento de las poblacionesmicrobianas y ayudan a impedir el desprendimiento de lascélulas que crecen sobre las superficies expuestas a corrientesde lí idd líquido.- Presentan normalmente numerosas capas de microorganismos,cada una de las cuales pueden unirse a una superficie.
  • 12. - Las bacterias en la biopeliculas pueden llevar ala destrucción tanto de superficies inertes comovivas, a partir de los productos excretados de lascélulas bacterianas.- Atrapan nutrientes para el crecimiento de lasppoblaciones microbianas y ayudan a impedir el y pdesprendimiento de las células que crecen sobrelas superficies expuestas a corrientes de líquido.- Presentan normalmente numerosas capas demicroorganismos, cada una de las cuales puedenunirse a una superficie.
  • 13. ComposiciónAunque la composición del biofilm varía enfunción del sistema en estudio, elcomponente mayoritario es, el agua, quepuede representar hasta un 97% delcontenido total. Además de agua y de las t id t t l Ad á d d lcélulas bacterianas, la matriz del biofilm estáformada principalmente por exopolisacáridossecretados por las propias células queforman parte del mismo. En menor cantidadse encuentran otras macromoléculas comoproteínas, DNA y productos diversosprocedentes de lisis de las bacterias.
  • 14. Formación-Comienza a formarse cuando una bacteria acuáticalibre o plactónica se adhiere una superficie.Etapas de formación: -Unión inicial de las células plactónicas al sustratopor atracción electrostática y fuerzas físicas noquímicas-Comunicación célula-célula y formación demicrocolonias-Formación de la comunidad de estructura compleja ycomposición multiespecies-Regreso de algunas células al estado planctónico yreinicio del ciclo.
  • 15. Formación de las biopelículasCélulas planctónicas Liberación de células Biopelícula madura Producción EPS Formación de microcoloniasadhesión
  • 16. Ventajas de la vida en lasbiopelículas-Protección frente a sustancias antimicrobianasa través de la capa de EPS-Mejor captación de nutrientes con lo que elmetabolismo es más activo y h mayor t b li á ti haycrecimiento. Las trazas de los nutrientes seconcentran sobre las superficies.-Mayor interacción entre los microorganismoscon la posibilidad de intercambio de materialgenético y de metabolitos
  • 17. Propiedades- En la salud humana: en el cuerpo, lascélulas bacterianas de un biofilm seencuentran protegidas ante ataques delsistema inmunitario y los antibióticos y antibióticos,otros agentes antimicrobianos suelenfracasar en su intento de penetrar en elbiofilm.
  • 18. Enfermedades en las que las biopelículas sonimportantes:-Biopelículas en dientes, caries, enfermedadesperiodentales-Infecciones asociadas a catéteres, tubosendotraqueales y otros materiales..-Infecciones pulmonares relacionados con Infeccionesfibrosis quística y Pseudomonas aeruginosa-Colonización de implantes y materialesprotésicos: válvulas cardiacas,osteoarticulares…-Lentes de contacto.
  • 19. -En la industria son beneficiosos en el tratamientode las aguas residuales y perjudiciales en lacolonización de materiales.-El control de los biofilms requiere un granesfuerzo y hasta ahora solo se dispone de unrepertorio limitado de instrumentos paracombatirlos.-En la estrategia de lucha contra estos invasores En invasores,se incluye el descubrimiento de nuevosantibióticos capaces de penetrar en ellos yfármacos que interfieran en la comunicaciónintracelular y la consecuente formación debiofilms. Por ejemplo uno de los productosquímicos que se usan son las furanonas.
  • 20. AMBIENTES EXTREMOS.Hasta hace relativamente poco creíamos que la vida era sóloposible bajo condiciones normales: pH neutro, temperaturapróxima a 37 grados, fuerza iónica parecida a la de la sangre,presión atmosférica, en presencia de oxígeno y ausencia dela radiación.Sin embargo, existen microorganismos capaces de vivir enotras condiciones, los microorganismos extremófilos. Estosviven en ambientes muy hostiles y se clasifican de la siguienteforma:
  • 21. Los microorganismos hipertemófilos, los cuales se desarrollan enmedios con temperaturas superiores a los 100 grados, junto afumarolas submarinas o junto a los géiseres.Los microorganismos psicrófilos evolucionan en mediosextremadamente fríos, como son los hielos del océano Antártico, contemperaturas de 20 grados bajo cero.Un ejemplo de ellos son los organismos que se encuentran en el lagoVostok.Los microorganismos acidófilos son aquellos que como su nombreindica viven en ambientes ácidos como pueden ser las fuenteshidrotermales y los depósitos mineros.
  • 22. Un claro exponente de este tipo de microorganismos seencuentra en el río Tinto(Huelva), cuyo estudio ha supuesto unagran trascendencia en el descubrimiento de la vida en Marte.Su elevada acidez, con un pH próximo a 2,2 y su alto contenidoen hierro además de su contaminación hacen a este ríoaparentemente inviable para mantener en su seno cualquieratisbo de sistema biológico.Sin embargo, alberga una colonia formada por más de 1300especies distintas de microorganismos que se alimentan desulfuros polimetálicos.La importancia de este hallazgo ha sido tal que la NASA hainiciado un proyecto para analizar pormenorizadamente esteinsólito ecosistema, único en el mundo.
  • 23. Otro grupo de microorganismos son los alcalófilos, los cualesviven en ambientes alcalinos.Ejemplos de ellos son los suelos con carbonatos y los lagoscársticos.Los microorganismos halófilos viven en ambientes muy salinoscomo son los lagos salinos y salinas de evaporación. Estosmicroorganismos tienen especial interés en la exploración de laLuna de Júpiter conocida como Europa puesto que bajo sussuperficies parece que existe un gran océano de agua en el quepodrían habitar.Los organismos sometidos a grandes presiones se adaptan amedios radioactivos e incluso alcanzan períodos de letargo de 20o 30 millones de años.
  • 24. Algunos ambientes extremos en los cuales se desarrollan losmicroorganismos son:- Los respiraderos hidrotermales, con sus negras fumarolas, losgusanos tubulares, extraños cangrejos y almejas albinas se hanconvertido en habituales de los libros de texto, revistas... Así, hemosentendido que estas comunidades no dependen de organismosverdes que utilicen la luz del sol , sino de bacterias y arqueas queextraen la energía de los elementos químicos arrojados al suelo g q joceánico por los respiraderos.- Las fuentes termales de Yellowstone y lugares como son las grietashidrotermales en el fondo del océano, que ha sido estudiado por elastrobiólogo Jack Farmer.- Por último se ha comprobado la existencia de microorganismos queviven y sobreviven en medios tan hostiles como es el volcán inactivode los Andes chilenos.
  • 25. PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS:Los microorganismos en el curso de su crecimiento y metabolismo interactúan enlos ciclos de los elementos en la biosfera. Estos ciclos se denominanbiogeoquímicos pues en ellos ocurren tanto procesos biológicos como químicos.Podemos definir ciclo biogeoquímico como el circuito en el cual un elementoquímico se mueve a través de componentes bióticos y abióticos del ecosistema.En todo ecosistema existe una entrada de materia y energía. Pero mientras laenegía sigue un flujo lineal, es decir termina siendo disipada, la materia tiene queser reciclada es decir sigue un comportamiento cíclico. Los ntrientes sontransformados y reciclados generalmente mediante reacciones redox. Todos losciclos de la materia están conectados. La energía se obtiene de la luz y dereacciones redox.
  • 26. Ciclo del Carbono: reservorios● El ciclo del Carbono depende de la actividad de los microorganismos y de los macroorganismos.● Está ligado al ciclo del oxígeno.● Principales reservorios: El CO2 atmosférico y también disuelto en agua. Las rocas y sedimentos de la corteza terrestre. Los bosques y praderas , que constituyen el principal lugar de fijación fotosintética de CO2. La materia orgánica muerta, el humus.
  • 27. Principales procesos de reciclado:● La producción primaria o síntesis de materia orgánica a partir de CO2.● La descomposición de materia orgánica en productos gaseosos (producción de metano en anaerobiosis )● La producción de CO2 (fermentación anaeróbica o respiración aerobica)
  • 28. I. Importancia de la fotosíntesis:● Constituye la única vía importante de producción de carbono orgánico nuevo.● Los organismos fototróficos oxigénicos pueden dividirse en 2 grandes grupos: Plantas superiores ( en ambientes terrestres) p ) Microorganismos (en ambientes acuáticos)● La ecuación global de la fotosíntesis oxigénica es: CO2 + H2O → ( CH2O ) + 02● Los organismos fototróficos también llevan a cabo la respiración: ( CH2O ) + O2 → CO2+H2O
  • 29. II. Descomposición:● Principales estados de oxidación del CO2: Metano: se produce por la actividad de los metanógenos . CO2: se produce por la actividad de quimioorganotrofos.● En hábitat anóxicos, el CH4 resulta de la reducción de CO2 con H2 y de algunos compuestos como el acetato.● El metano producido en hábitat anóxicos es muy insoluble, por lo que es fácilmente transportado a ambientes óxicos, donde es oxidado a CO2 por los metanotrofos.● Todo el carbono orgánico revierte posteriormente a CO2, a partir del cual el metabolismo autotrófico empieza una vez más el ciclo del carbono.
  • 30. •Reservorios: En la atmósfera Biomasa viva En el agua Materia orgánica muerta Fotosintéticos anoxigénicos Fotosintéticos oxigénicos Quimiolitótrofos Materia orgánicaRespiradoresanaerobios.Fermentadores Respiradores aerobios Metanogénicos Metanotrofos Rojo: anaerobiosis Azul: aerobiosis
  • 31. CICLO DEL NITRÓGENO.El mayor reservorio de nitrógeno es el nitrógeno gas dela atmósfera. El nitrógeno no es utilizado por los seresvivos a excepción de los microorganismos fijadores denitrógeno. El suelo y el agua actúan también comoreservorios de nitrógeno aunque mas limitado, lasformas mas abundantes son el nitrógeno orgánico, elión amonio y los nitratos como formas solubles enagua.El nitrógeno es el constituyente básico del protoplasmay se encuentra en varios estados de oxidación. Losprincipales procesos de transformación microbiana delnitrógeno son la nitrificación y desnitrificación.
  • 32. Fijación del nitrógenoEn el ciclo oxido-reducción del nitrógeno, el nitrógeno gas puede ser fijadotanto en aerobiosis como en anaerobiosis por diferentes tipos de bacteriasoriginando amonio.Varias de las reacciones de oxido-reducción del nitrógeno la llevan a cabocasi exclusivamente microorganismos, por lo que su participación esimportante.El nitrógeno gaseoso o N2 es la forma más estable del elemento y laatmosfera es el reservorio más importante de nitrógeno en la tierra.La gran cantidad de energía necesaria para romper el enlace nitrógeno-nitrógeno significa que la reducción del nitrógeno es un proceso querequiere gran cantidad de energía. Solo un número reducido demicroorganismos puede utilizar el N2 en el proceso de la fijación delnitrógeno; por tanto el reciclado de nitrógeno en la tierra tiene lugar graciasal amoniaco y al nitrato.En muchos ambientes la productividad está limitada por el pequeño aportede compuestos de nitrógeno combinados, lo que hace muy ventajosa lafijación biológica del nitrógeno.
  • 33. DesnitrificaciónSe conoce como desnitrificación la conversión de nitrato anitrógeno gaseoso. Este es el principal proceso de formación denitrógeno gaseoso.La desnitrificación presenta una serie de inconvenientes y deventajas:Como inconveniente, dado que el N2 es mucho menos utilizableppor los organismos que el nitrato, este proceso es perjudicial. g q , p p jAdemás, puede ser un problema si los campos abonados connitratos se inundan después de las lluvias primaverales. Seestablecen rápidamente condiciones anóxicas y la desnitrificaciónpuede ser un proceso importante.Como ventaja, la desnitrificación resulta beneficiosa en eltratamiento de las aguas residuales donde puede eliminarse elnitrato, reduciendo el desarrollo de algas cuando el agua sedescarga en lagos.
  • 34. Flujo de amoniaco y nitrificaciónSe llama amonificación a la producción de amoniaco durante ladescomposición de los compuestos orgánicos tales comoaminoácidos y nucleótidos; a pH neutro se encuentra en formade amonio. En condiciones anóxicas, el amoniaco esrelativamente estable y es en esa forma en la que predomina elnitrógeno en la mayoría de los sedimentos anóxicos. En lossuelos parte d l amoniaco lib d por d l t del i liberado descomposición aeróbica i ió óbies reciclado y convertido en aminoácidos por las plantas ymicroorganismos.El amoniaco al ser volátil se puede perder por el suelo o porvaporización, pero las principales perdidas de amoniaco se danen lugares con gran población animal como los corrales.
  • 35. El amoniaco constituye solo el 15% del nitrógeno liberado a laatmósfera, puesto que la mayor parte restante se libera en formade N2 o N2O.Llamamos nitrificación a la oxidación de amoniaco a nitrato; ocurrefácilmente en suelos bien drenados a pH neutro por la acción debacterias nitrificantes.Aunque el nitrato es fácilmente asimilable pos las plantas, es muysoluble en agua y se lava rápidamente en los suelos que recibenmucha agua Por lo que la nitrificación no es beneficiosa en la agua.agricultura.El amoniaco anhidro se utiliza como abono nitrogenado.Normalmente se añaden al abono productos químicos para inhibirla nitrificación. Uno de los inhibidores más corrientes es lanitrapirina, compuesto análogo a la piridina, que interrumpeespecíficamente en primer paso de la nitrificación que es laoxidación de amoniaco a nitrito. Al añadir inhibidores de lanitrificación aumenta la eficacia de los abonos y se evita lacontaminación acuosa.
  • 36. Ciclo del azufre•El reservorio principal es el sulfhídrico.•Los microorganismos fotosintéticos transforman el azufre mediantereacciones químicas empleando los sulfuros como fuentes de electrones:• En ausencia de luz, los sulfuros pueden pasar a ambientes oxidados.•Cuando el sulfato difunde a ambientes reducidos, permite llevar a cabo lareducción de sulfato:1.Reducción desasimilatoria: sulfato como aceptor externo de electrones paraformar sulfuros, que se acumulan en el ambiente.2.Reducción asimilatoria: reducción de sulfato para utilizarlo en la biosíntesisde aminoácidos y de proteínas.
  • 37. •Otros organismos llevan a cabo la reducción desasimilatoria del azufreelemental (Desulforomonas) o también la reducción de sulfitos en sulfuros(Alteromonas y Clostridium).
  • 38. CICLO DEL FÓSFORO:Diferencias con el ciclo de carbono y nitrógeno-No existen componentes gasesos-No se puede obtener en la atmósfera,el fósforo derivaúnicamente de la meteorización de las rocas que contienenfósforo (tanto orgánico como inorgánico)-Es importante por : *Todas las células vivas requieren fósforo para los ácidosnucleicos,lípidos y algunos polisacáridosla mayoria del fósforo ambiental está presente en bajasconcentraciones ,encerrado en la litosfera de la Tierra
  • 39. El fósforo en estos materiales orgánicos se reciclagracias a la actividad microbiana.El fósforo inorgánico está cargado negativamente,deforma que se acompleja rápidamente en el ambientecon cationes como el hierro, el aluminio y el calcio. Estoscompuestos son relativamente insolules,y su disolucióndepende del pH pH.La transformación microbiana del fósforopone de relieve la transformación del simple ortofosfato(PO4 )̄, que presenta fósforo con valencia +5 a formasmás complejas.Esto incluyen los polifosfatos que se encuentran en losgránulos metacromáticos así como en macromoléculas
  • 40. El fósforo entra en el suelo y en el agua a través de lameteorización de las rocas, de los fertizantes defosfatos,y de residuos superficiales de la degradación delas plantas .Las plantas y los microorganismosrápidamente convierten el fósforo inorgánico a su fromaorgánica,provocando una imovilización.Sinembargo,mucho del fósforo del suelo puede filtrarsegrandes distacinas o acomplejarse con cationes queforman compuestos relativamente insolubles.
  • 41. BIORREMEDIACIÓNSe conoce como la utilización de microorganismos paratransformar productos contaminantes en productos dedegradación no tóxicos Las aplicaciones más importantes de la biorremediación han sido aquellas que modifican el ambiente para estimular la actividad de los organismos que alli se encuentran.
  • 42. EJEMPLOS:Eficaces contra mareas negras : el petróleo es una fuente de carbono, un nutriente para las bacterias.
  • 43. Muy eficaz para depurar aguaresiduales: Biorremediación de aguas contaminadas por metales pesados Muchos metales desempeñan un papel específico como microelementos para el desarrollo de determinadas funciones vitales en los seres vivos. Altas concentraciones de metales pesados suponen un riesgo y una amenaza para la vida. La contaminación del agua, del suelo y del aire por metales pesados es un problema ambiental muy importante debido fundamentalmente a su toxicidad, persistencia, bioacumulación, y efectos sinérgicos en la biota
  • 44. CICLO DEL HIERRO El hierro: -Es uno de los elementos másabundantes de la corteza terrestre -Se presenta en dos estados de oxidación, ferroso y férrico
  • 45. ● El ciclo del hierro se da entre ambas formas:● - La reducción de hierro férrico se da tanto químicamente como a consecuencia de la respiración anaerobia.● - La oxidación de hierro ferroso se produce tanto químicamente como a resultas de una q forma de metabolismo quimiolitotrófico.● El único aceptor de electrones capaz de oxidar espontáneamente Fe2+ es el O2
  • 46. REDUCCION BACTERIANA DEL HIERRO● Algunos microorganismos utilizan el hierro férrico como aceptor de electrones.● La reduccion bacteriana del hierro:● Ambientes anoxicos● Ocasiona la movilización del hierro, desde los pantanos, turberas y otros habitat acuáticos ricos en hierro. Cuando esta agua cargadas de hierro alcanzan zonas óxicas, el hierro ferroso se oxida químicamente o por las bacterias del hierro y se producen compuestos férricos, que precipitan formando un depósito marrón.
  • 47. REDUCCION BACTERIANA DEL HIERRO • Oxidación del hierro ferroso:
  • 48. OXIDACION BACTERIANA DE HIERRO• En medios no ácidos el Fe2+ es oxidado por las bacterias del hierro como Gallionella y Leptothrix, en interfases entre las aguas subterraneas anoxicas ricas en hierro y el aire• En medios ácidos es cuando la oxidación bacteriana de hierro es más importante
  • 49. ● Una de las formas más corrientes de hierro y azufre en la naturaleza es la pirita (FeS2).• La oxidación bacteriana de la pirita tiene gran importancia para la aparición de las condiciones de acidez en las actividades mineras.● Thiobacillus ferroxidans y L.ferroxidans catalizan la oxidación de iones ferrosos a férricos, estos iones reaccionan espontáneamente con mas pirita para oxidarla, produciendose iones ferrosos e iones sulfato:
  • 50. ● Los iones ferrosos formados son oxidados de nuevo a iones férricos por las bacterias y reaccionan con mas pirita.● La tasa de oxidación de la pirita aumenta progresiva y rápidamente en un proceso que se conoce como ciclo de propagación.● Algunos de los iones ferrosos generados por las bacterias se escapan y son transportados p las p p por aguas subterraneas hasta cursos de agua cercanos.● Las bacterias oxidan el hierro ferroso y se forma un precipitado de hierro férrico insoluble.
  • 51. ● La oxidación bacteriana de los minerales de azufre es el principal factor en el drenaje ácido de las minas, un problema ambiental frecuente en las zonas donde hay minas de carbón.

×