Tema 17. MICROBIOLOGÍA APLICADA

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  • 1. MICROBIOLOGÍA APLICADA
  • 2.
    • IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LOS MICROORGANISMOS
    • LOS CICLOS GEOQUÍMICOS
      • Ciclo del Carbono
      • Ciclo del Nitrógeno
      • Ciclo del Hierro
      • Ciclo del Azufre
    • LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES
      • Microorganismos productores
      • Microorganismos como contaminantes
        • Métodos físicos
        • Métodos químicos
    • LOS MICROORGANISMOS COMO AGENTES DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS  
      • Factores de patogenicidad. Toxinas
      • Tipos de agentes infecciosos
      • Transmisión de los agentes infecciosos
    • LA LUCHA CONTRA LOS MICROORGANISMOS PATÓGENOS
    • PRINCIPALES ENFERMEDADES PRODUCIDAS POR BACTERIAS Y VIRUS
    MICROBIOLOGÍA APLICADA
  • 3. IMPORTANCIA BIOLÓGICA DE LOS MICROORGANISMOS
  • 4. Biorremediación
  • 5. Biorremediación
  • 6. Biorremediación
  • 7. LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
  • 8.  
  • 9.  
  • 10.  
  • 11.  
  • 12. Ciclo del Carbono
  • 13.  
  • 14.  
  • 15.  
  • 16. Ciclo del Nitrógeno
  • 17.  
  • 18.  
  • 19. Ciclo del Fósforo
  • 20. Ciclo del Azufre
  • 21. Ciclo del Azufre
  • 22. LOS MICROORGANISMOS EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES
  • 23.
    • Los microorganismos en la industria pueden actuar como:
        • Productores
        • Contaminantes de procesos industriales
  • 24.
    • Microorganismos productores:
    • El proceso industrial más extendido y conocido desde antiguo es la fermentación . Las industrias fermentadoras que utilizan bacterias como productoras son las industrias lácteas, las productoras de encurtidos y la industria del vinagre.
    • Las industrias fermentadoras que utilizan levaduras (hongos) son las panificadoras y las industrias de bebidas alcohólicas como el vino, la cerveza o la sidra. 
    • Actualmente también la industria farmacéutica produce vacunas, vitaminas, etc. a partir de microorganismo.
  • 25. Las levaduras Saccharomyces realizan muchos procesos industriales
  • 26.  
  • 27.
    • Microorganismos contaminantes:
    • La industria alimenticia debe trabajar en condiciones asépticas.
    • Se utilizan dos clases de métodos antimicrobianos:
        • Métodos físicos
          • Temperatura.
            • Alta temperatura: pasteurización, UHT, hervido, etc.
            • Baja temperatura: congelación y refrigeración.
          • Radiaciones.
            • Las radiaciones UV se usan para alterar el ADN de los microorganismos.
        • Métodos químicos. Se utilizan
          • Desinfectantes.
          • Antisépticos.
  • 28. Candida , un hongo contaminante
  • 29.  
  • 30.
    • LOS MICROORGANISMOS COMO AGENTES DE ENFERMEDADES INFECCIOSAS
  • 31. Fotografía de Louis Pasteur, aproximadamente en la década de 1880 . Louis Pasteur
  • 32. Fotografía de Robert Koch con su firma Robert Koch
  • 33.
    • Vías de infección:
    • Colonización por parte de los microorganismos.
    • Vias de entrada:
      • Heridas o abrasiones.
      • Roturas microscópicas en las mucosas .
      • Picaduras.
      • Adherencia específica del microorganismo a las células del hospedador y paso a través de la piel.
      • Formación de colonias muy numerosas en los tegumentos que son lesionados y por ahí penetran al interior del cuerpo.
    • Tiempo de incubación
    • Reproducción .
      • En lesión superficial.
      • En el tejidos internos a los que entran por vía sanguínea o linfática.
  • 34.
    • Factores de patogenicidad. Toxinas:
    • Según la infección va progresando, se empiezan a manifestar los síntomas de la enfermedad. Esto nos indica que el hospedador ya ha sufrido una lesión por diversas causas:
    • La proliferación de los microorganismos
    • Producción de toxinas.
      • Exotoxinas como la del botulismo o el tétanos.
      • Endotoxinas. Pueden provocar daños locales o difundirse y causar lesión sistémica.
    • Producción de  enzimas extracelulares como la lecitinasa que hidroliza los lípidos de membrana de las células huésped; las hemolisinas que lisan los glóbulos rojos, liberando al plasma su hemoglobina, etc.
  • 35. Clostridium votulinum, responsable del votulismo
  • 36. Votulismo
    • EFECTOS
    • El botulismo es una grave enfermedad causada por una neurotoxina producida por el bacilo Clostridium botulinum .
    • La toxina es extremadamente potente, incluso mortal en ínfimas cantidades. Bloquea la liberación de una sustancia llamada acetilcolina en las terminaciones nerviosas, con lo que paraliza los músculos y puede llevar a la muerte por parada respiratoria. Los cuidados intensivos han conseguido disminuír la mortalidad desde un 60 a un 20 %.
    • CAUSAS DEL BOTULISMO
    • Ingesta de conservas caseras de hortalizas, frutas, embutidos y mariscos (almejas, mejillones), en la mayor parte de los casos. Las latas envasadas comercialmente rara vez están implicadas.
    • Ingesta de verduras frescas crecidas en suelos contaminados con las esporas ubicuas del C. botulinum .
    • MANIFESTACIONES CLINICAS
    • Los síntomas pueden aparecer en 6 horas, o pueden tardar hasta 6 días. El período de incubación más común es de 18 a 36 horas. Cuanto antes comienzan los síntomas, más grave suele ser la intoxicación.
    • La persona afectada está despierta y sin fiebre. Los síntomas neurológicos más frecuentes son boca seca, visión doble, dificultad en la visión cercana, dificultad para tragar y para pronunciar las palabras. Suele haber síntomas abdominales previos o acompañando a los neurológicos, como náuseas, vómitos, retortijones y diarrea.
    • Los signos clínicos incluyen:
      • Debilidad o parálisis de las extremidades, bilateral en el 80 % de los casos.
      • Tórax inmóvil, con dificultades para ventilar.
      • Estreñimiento.
      • Signos oculares: Pupilas que no reaccionan a la luz, párpados caídos, nistagmo (movimientos rápidos automáticos de los ojos).
      • Ataxia (inestabilidad al andar).
      • Sin tratamiento, la mortalidad del botulismo es muy alta (60 %) por la insuficiencia respiratoria derivada de la parálisis del diafragma y los músculos intercostales, y por las infecciones. Los cuidados intensivos han disminuído la mortalidad a un 10-20 %.
  • 37. Clostridium tetani, causante del tétanos
  • 38.
    • El Tétanos es una enfermedad seria y frecuentemente mortal provocada por una potente neurotoxina , la exotoxina tetanospasmina , que es producida por la bacteria Clostridium tetani , bacteria Gram positiva y anaeróbica . Esta neurotoxina penetra en las fibras nerviosas motoras periféricas hasta llegar al sistema nervioso central.
    • ¿Cómo se adquiere?
    • Generalmente por cortaduras o penetración de algún objeto de preferencia tales como clavos, anzuelos, cuchillas herrumbradas etc.
    • Historia
    • Fue documentada por primera vez por Hipócrates y existen datos antiguos desde el siglo V antes de Cristo en los que se describe esta enfermedad. La inmunización pasiva contra el tétanos se llevó a cabo por primera vez durante la primera guerra mundial.
    • El bacilo C. tetani se puede encontrar en la tierra, (especialmemte en la tierra de cultivo), en las heces e intestinos de caballos, ovejas, ganado bovino, ratas, perros, conejillos de indias y pollos. Sus esporas se pueden encontrar en la tierra, en la superficie de la piel (tanto la de animales como humanos) y debajo de las uñas.
    • Cuadro clínico
    • Hay tres formas clínicas del tétanos diferentes: local (poco común), cefálica (rara) y generalizada (la más común). El tétanos generalizado corresponde al 80% de todos los casos de tétanos.
    • Síntomas
    • El periodo de incubación del tétanos va de 24 horas a 54 días. El periodo promedio es de unos 8 días. Por lo general, cuanto más alejado del Sistema Nervioso Central , más largo es el periodo de incubación. Los periodos de incubación y la probabilidad de muerte por tétanos son inversamente proporcionales.
    • El primer síntoma del tétanos es la rigidez en los músculos de la mandíbula (denominada 'trismo')seguido de rigidez en el cuello y espalda, dificultad para tragar y rigidez muscular en el abdomen. Pudiendo llegar a producir espasmos y dificultad para respirar, hipertension severa, taquicardia, fiebre y sudores excesivos(diaforas).
    • las complicaciones son casos como la neumonia, transtornos venosos, trombosis, embolias pulmonares, fracturas oseas. espasmos y contracciones musculares duran 3 ó 4 semanas y una recuperación completa puede llevar varios meses. Cerca del treinta por ciento de los pacientes con tétanos mueren, muchos de los cuales son personas mayores. En los países en desarrollo la tasa de mortalidad puede llegar a ser de un 100%.
    • Tratamiento
    • La herida se debe limpiar bien, retirar el tejido muerto y dejar expuesto al aire ya que el oxígeno mata a las bacterias anaeróbicas. La penicilina y la metronidazole ayudan a reducir la cantidad de bacterias pero no tienen ningún efecto en la neurotoxina que producen. También se debe administrar inmunoglobulina humana antitetánica. El tétanos se puede prevenir mediante la vacunación. Un refuerzo de la vacuna es recomendable cada diez años. Por lo general, se da una vacuna cada vez que un paciente sufre un pinchazo o una herida cuando no se tiene la certeza de su vacunación.
    Tétanos
  • 39. Observación de distintas bacterias a microscopía óptica
  • 40.
    • LA LUCHA CONTRA LOS MICROORGANISMOS PATÓGENOS
  • 41.
    • Tipos de agentes infecciosos
    • Las enfermedades infecciosas pueden ser producidas por los virus , como el de la gripe, las bacterias , como la que produce la meningitis, los protozoos , como el de la malaria, y por los hongos , como el responsable de la tiña.
    • En la actualidad se conocen nuevos agentes infecciosos como los Priones responsables de la enfermedad de Creutzfeldt – Jacob u otras encefalopatías espongiformes.
  • 42.
    • Transmisión de los agentes infecciosos
      • Transmisión por contacto directo
        • Heridas en la piel, ej. Clostridium tetani .
        • Via sexual, ej. Virus VHI.
        • Via parental de madre a feto,ej. virus de la hepatitis.
      • Transmisión por contacto indirecto, utilizando un agente transportador
        • Por el aire.
        • Por el agua y alimentos contaminados.
  • 43.  
  • 44.
    • LA LUCHA CONTRA LOS MICROORGANISMOS PATÓGENOS
  • 45. Quimioterapia utilizada contra los agentes infecciosos: Patógeno Prión Virus Bacteria Protozoo Alga Hongo Sustancia No existe Antiviral Antibiótico Quimioterapia específica  Algicida Fungicida
  • 46. Las vacunas, un gran remedio contra las enfermedades infecciosas
  • 47.  
  • 48. MÉTODOS ¿En qué consisten? ¿Qué hacen? PROFILAXIS Eliminar el vector de transmisión o evitar su contacto Evitar el contagio. HIGIENE Lavado y limpieza. Disminuir la presencia de gérmenes ANTISÉPTICO Sustancias tóxicas para todo tipo de células. Eliminar gérmenes en heridas superficiales ESTERILIZACIÓN Calentar fuertemente, irradiar. Eliminar gérmenes en utensilios VACUNAS Preparados artificiales de una enfermedad. Estimular al organismo para producir anticuerpos SUEROS Preparados artificiales con anticuerpos. Evitar la aparición de una posible enfermedad
  • 49. Alexander Fleming
  • 50. Penicilium notatum , el hongo del que se extrae la penicilina
  • 51. ANTIBIÓTICO MODO DE ACCIÓN MITOMICINA Inhibe la síntesis de ADN al unirse a la doble hélice impidiendo su desenrrollamiento. ACTINOMICINAS Inhiben la síntesis de ARN al fijarse en los puntos del ADN donde se inicia la transcripción. RIFAMICINAS Inhiben la síntesis de ARN al unirse directamente con la ARN-polimerasa. ESTREPTOMICINAS Inhiben la síntesis de proteínas al impedir su inicio. NEOMICINA Inhiben la síntesis de proteínas al impedir el reconocimiento del codón en el ribosoma. CLORANFENICOL Inhiben la síntesis de proteínas al impedir la formación del péptido. TETRACICLINA Inhiben la síntesis de proteínas al impedir su terminación.
  • 52.
    • PRINCIPALES ENFERMEDADES
    • PRODUCIDAS POR BACTERIAS Y VIRUS
  • 53.
    • - TIFUS.
    • - TÉTANOS.
    • - TUBERCULOSIS.
    • - GRIPE .
    • - POLIOMELITIS.
    • - RABIA.
  • 54. Alexander Fleming
    • Sir Alexander Fleming ( 6 de agosto de 1881 - 11 de marzo de 1955 ) es el descubridor de la proteína antimicrobiana llamada lisozima y del antibiótico penicilina obtenido a partir del hongo Penicillium notatum .
    • Nació en Lochfield, una pequeña ciudad escocesa. Cuando tuvo 13 años se fue a vivir a Londres con un hermanastro que ejercía allí como médico. A los 20 años comenzó él a estudiar medicina, y en 1901 obtuvo una beca para el St. Mary's Hospital Medical School de Paddington. En 1906 entró a formar parte del equipo del bacteriólogo sir Almroth Wright, con quien estuvo asociado durante cuarenta años. En 1908 se graduó y obtuvo la medalla de oro de la Universidad de Londres. Se lo nombró profesor de bacteriología y en 1928 pasó a ser catedrático, retirándose como emérito veinte años después. Aunque hasta 1954 ocupó la dirección del Wright-Fleming Institute of Microbiology, fundado en su honor. Su investigación se basó en la búsqueda de sustancias que atacasen a las bacterias sin dañar al hombre. A lo largo de su carrera profesional desarrolló importantes investigaciones en los campos de la bacteriología, la quimioterapia y la inmunología. El realizó dos descubrimientos trascendentales: la lisozima y la penicilina. La primera la descubrió en 1921, y se trata de una enzima que se encuentra en la saliva, las lágrimas y la clara del huevo, que tiene efectos antibióticos. En 1928, uno de sus cultivos de estafilococos se contaminó de forma accidental de un moho (penicillium notatum), y al observarlo al microscopio pudo comprobar que alrededor del moho había una región circular donde las bacterias no podían crecer. Investigó el fenómeno, obteniendo del moho una sustancia llamada penicilina, con gran poder antibacteriano. En un principio Fleming habló de jugo de moho y en 1929 utilizó por primera vez la denominación "penicilina", cuando publicó un primer informe sobre sus hallazgos en el "British Journal of Experimental Pathology".A pesar de haber descubierto una sustancia capaz de combatir las infecciones bacterianas, Fleming y sus colaboradores no lograron aislar la penicilina. La penicilina en estado puro fue producida en 1940 por Ernst Boris Chain y Howard Walter Florey; y el fármaco se empezó a utilizar de forma masiva en la Segunda Guerra Mundial, logrando salvar muchas vidas.
  • 55. Robert Koch Heinrich Hermann Robert Koch ( 11 de diciembre de 1843 - 27 de mayo de 1910 ) fue un médico alemán . Se hizo famoso por descubrir el bacilo de la tuberculosis en ( 1882 ) (presenta sus hallazgos el 24 de marzo de 1882) así como también el bacilo del cólera en ( 1883 ) y por el desarrollo de los postulados de Koch . Recibió el Premio Nobel de Medicina en 1905 . Es considerado el fundador de la bacteriología . Nació en Prusia (en Clausthal-Zellerfeld, actualmente Baja Sajonia , Alemania ), fue el tercero de 13 hermanos. Después de terminar sus estudios escolares con gran brillantez, Koch estudia medicina en la Universidad de Göttingen , graduándose en 1866 médico en Hamburgo y en Lagenhagen. Su carrera fue temporalmente interrumpida por la guerra franco-prusiana . Su primer descubrimiento fue el del bacilo de ántrax (agente del carbunco ). En aquella época, Louis Pasteur había lanzado ya su teoría sobre el papel de los gérmenes en la enfermedad, pero esta había sido rechazada por importantes patólogos incluyendo Virchow y Billroth . Fue precisamente el trabajo de Koch sobre el ántrax el que convenció a los escépticos que muchas enfermedades contagiosas se debían a microorganismos. En 1880 fue nombrado miembro del Departamento de Salud Imperial de Berlín , realizando aquí su descubrimiento más genial, el del bacilo de la tuberculosis ( Bacilo de Koch ). El trabajo de Koch consistió en aislar el microorganismo causante de una enfermedad y hacerlo crecer en un cultivo puro. El cultivo puro fue utilizado para inducir la enfermedad en animales de laboratorio, en su caso la cobaya, aislando de nuevo el germen de los animales enfermos y comparándolo con el germen original. En la India , aísla e identifica en Calcuta el bacilo del cólera. Entre 1891 y 1904 fue director del Instituto de Enfermedades Infecciosas. Desarrolla la tuberculina a partir de un extracto en glicerina del bacilo de la tuberculosis, la tuberculina, podía utilizarse para inmunizar contra la tuberculosis, primera idea de uso de la tuberculina, aunque equivocada. Posteriormente serviría como técnica diagnóstica. Por sus descubrimientos y sus trabajos epidemiológicos para prevenir la tuberculosis, Koch recibió en 1905 el Premio Nobel de Medicina . Probablemente tan importante como su trabajo en la tuberculosis, sean los llamados Postulados de Koch que establecen que para que un organismo sea la causa de una enfermedad, necesita ser: encontrado en todos los casos de la enfermedad preparado y mantenido en cultivo puro capaz de producir la infección original, incluso después de varias generaciones de cultivo puede ser recuperado de un inóculo animal y cultivarlo de nuevo.
  • 56.
    • Louis Pasteur ( 1822 - 1895 ) fue un químico francés cuyos descubrimientos tuvieron enorme importancia en diversos campos de las ciencias naturales , sobre todo en la química y microbiología . A él se debe la técnica conocida como pasteurización .
    • Nació el 27 de diciembre de 1822 en Jura , Francia . Su padre había sido soldado de Napoleón, pero después de dejar el ejército puso una curtiduría , donde transcurrió la infancia del pequeño Louis. Éste no fue un alumno especialmente aplicado o brillante en la escuela ni en la Universidad. Tras licenciarse y asistir a las lecciones del gran químico francés Jean B. Dumas, comenzó a interesarse por la química.
    • Fue profesor de química en el callejon cusco cuadra 1 ,del negro junior(1847-1853) y decano en Lille (1854). Además, en 1857 desempeñó el cargo de director de estudios científicos de la Escuela Normal de París, cuyo laboratorio dirigió a partir de 1867. Hizo grandes descubrimientos . Este hombre es francés y químico.
    • Contribuciones en la química orgánica
    • Descubrió el dimorfismo del ácido tartárico , al observar al microscopio que el ácido racémico presentaba dos tipos de cristal, con simetría especular. Fue por tanto el descubridor de las formas dextrógiras y levógiras que desviaban el plano de polarización de la luz con el mismo ángulo pero en sentido contrario.
    • Este hallazgo le valió al joven químico la concesión de la Legión de Honor Francesa , con sólo 26 años.
    • En 1854 fue nombrado decano de la Facultad de Ciencias en la Universidad de Lille .
    • Investigaciones en la microbiología
    • Demostró que todo proceso de fermentación y descomposición orgánica se debe a la acción de organismos vivos y que el crecimiento de los microorganismos en caldos nutritivos no era debido a la generación espontánea . Para demostrarlo expuso caldos hervidos en matraces provistos de un filtro que evitaba el paso de partículas de polvo hasta el caldo de cultivo, simultáneamente expuso otros matraces que carecían de ese filtro pero que poseían un cuello muy alargado y curvado que dificultaba el paso del aire, y por ello de las partículas de polvo, hasta el caldo de cultivo. Al cabo de un tiempo observó que nada crecía en los caldos demostrando así que los organismos vivos que aparecían en los matraces sin filtro o sin cuellos largos provenían del exterior, probablemente del polvo o en forma de esporas . De esta manera Pasteur mostró que los microorganismos no se formaban espontáneamente en el interior del caldo, refutando así la teoría de la generación espontánea y demostrando que todo ser vivo procede de otro ser vivo anterior (Omne vivum ex vivo), un principio científico que fue la base de la teoría germinal y que significa un cambio conceptual sobre los seres vivos y el inicio de la Biología moderna.
    • En Inglaterra , el cirujano Joseph Lister pensó que podía aplicar los conocimientos de Pasteur y eliminar los organimos vivos de las heridas e incisiones quirúrgicas ( 1865 ).
    • El propio Pasteur, en 1871 obligó a los médicos de los hospitales militares a hervir el instrumental y los vendajes. Describió un horno, llamado "horno Pasteur", útil para esterilizar instrumental quirúrgico y material de laboratorio.
    • Utilizó un nuevo método para eliminar microorganismos que pueden degradar al vino, la cerveza o la leche, después de encerrar el líquido en cubas bien selladas y elevando su temperatura hasta los 55 grados durante un tiempo corto. Este procedimiento se denominó " pasteurización " y ha tenido una aplicación universal en la industria alimentaria.
    • Desarrolló la metodología para atenuar la virulencia de microorganismos patógenos que pudieron ser entonces utilizados para la fabricación de vacunas . El mismo obtuvo vacunas eficaces contra el cólera de los pollos , el ántrax y la erisipela del cerdo. Posteriormente obtuvo la vacuna contra el virus de la rabia que fue probada con éxito por primera vez para tratar al joven Joseph Meister.
    • Días finales y legado
    • Expuso la "teoría germinal de las enfermedades infecciosas", según la cual toda enfermedad infecciosa tiene su causa ( etiología ) en un germen con capacidad para propagarse entre las personas. Esta sencilla idea representa el inicio de la medicina científica, al demostrar que la enfermedad es el efecto visible (signos y síntomas) de una causa que puede ser buscada y eliminada mediante un tratamiento específico. En el caso de las enfermedades infecciosas se debe buscar el germen causante de cada enfermedad para hallar un modo de combatirlo. Por sus trabajos es considerado el pionero de la microbiología moderna que inicia así la llamada "Edad de Oro de la Microbiología".
    • “ Te animo a que te intereses por esos dominios sagrados llamados expresivamente laboratorios. Ten en cuenta que son los templos del futuro, la salud y el bienestar. En ellos la humanidad crecerá, se fortalecerá y mejorará. Allí, la humanidad aprenderá a progresar entendiendo la armonía de la naturaleza, evitando así su tendencia hacia la barbarie, el fanatismo y la destrucción”. Louis Pasteur.
    • Murió el 28 de septiembre de 1895
    Louis Pasteur