Biotecnologia ambiental i

17,041 views
16,795 views

Published on

Curso de Biotecnologia Ambiental I, el curso ha finalizado, si deseas recibir una copia de esta presentacion, manda un correo a erlopez@itesi.edu.mx

Published in: Education
11 Comments
30 Likes
Statistics
Notes
  • Hola! agradecería si me puedes mandar una copia de biotecnologia ambiental 1 y 2 a marianolattari@gmail.com. Gracias!!!!
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • Buen trabajo, es un tema interesante e importante conocer tenerinformaciñon sobre el tema
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • Hola! agradecería si me puedes mandar una copia de biotecnologia ambiental 1 y 2 a silviap@uoregon.edu
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • tiburonsinvelastegui@gmail.com una copia por favor me parece un trabajo muy interesante y estoy siguiendo precisamente la cátedra de Biotecnología Ambiental
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • Buenos días me gustaria recibir un copia mi correo es ivynqn@gmail.com, saludos
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
No Downloads
Views
Total views
17,041
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
34
Comments
11
Likes
30
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Biotecnologia ambiental i

  1. 1. BIOTECNOLOGIAAMBIENTAL IEnero – Mayo 20138º SemestreIngeniería AmbientalDesarrollado por:M. en E. IBQ. Erick R. López Almanzaerlopez@itesi.edu.mx
  2. 2. Objetivo El objetivo de la materia es proporcionar el contexto teórico y aplicaciones de la biotecnología ambiental relacionados con el medio ambiente. Conferir a los alumnos la visión de que los microorganismos y las plantas actúan como principales responsables de la eliminación de los contaminantes de nuestro entorno y como sintetizadores de productos de interés medioambiental y como detectores de la contaminación.
  3. 3. Temario
  4. 4. Aprendizajes requeridos Conocimientos de las asignaturas de: Biología, Ecología, Química inorgánica, Química Orgánica, Microbiología Bioquímica, Bioquímica microbiana
  5. 5. Reglas del curso Solo habrá 12 minutos de tolerancia para entrar a clase. Después de los 12 minutos de plazo, esta prohibido entrar al salón Si entran cuando se esta pasando lista se tomara cono retardo. Tres retardos se convierten automáticamente en una falta, estos retardos y esta falta no se quitan ni con justificante Si acumulan 5 faltas (no justificadas) pierden derecho a examen parcial En clase los celulares deberán estar apagados o en modo de vibración
  6. 6.  Para poder presentar examen de regularización deberán de haber obtenido una calificación minina de 30 en el PARCIAL Quien llegue a reprobar el tercer parcial, el examen de regularización de dicho parcial será un examen general del curso. Las tareas se entregan a la clase siguiente Trabajos de investigación se entregan dos días después a menos que se diga otra cosa Los trabajos de investigación y exposiciones deberán de estar referenciados en formato APA, revisar la siguiente liga para ver ejemplos de cómo se hace esto: http://www.cibem.org/paginas/img/apa6.pdf
  7. 7.  Están prohibidas las paginas de: buenastareas.com, rincondelvago.com, monografias.com, Wikipedia, etc. para trabajos de investigación Cualquier duda con la calificación, deberá de resolverse minino 1 día después de entregado el examen
  8. 8. Lineamientos para la selección desitios Web de interés académico Los sitios web son una fuente de información muy rica siempre y cuando sepa cómo utilizarse. A continuación se te presentan algunos criterios que te permitirán evaluar el recurso web para ser utilizado como material de consulta confiable:
  9. 9. CRITERIO DESCRIPCIÓN En el sitio se puede identificar claramente quien es el responsable intelectual de la Autoridad. información y/o que institución lo auspiciaExactitud y El autor del sitio brinda su información de contacto y la información en el sitio es utilidad precisa, exacta y relevante al tema que se aborda. Es fácilmente accesible, navegable, su estructuración es adecuada e incluye enlaces deAccesibilidad interés y dado su contexto académico difícilmente será removido de la web. El sitio es de reciente creación y/o está en actualización constante en cuanto a Actualidad contenidos y enlaces. Cuenta con amplitud de información en cuanto a cantidad y calidad. No requiere un Cobertura software especial para verla o se lo brinda el mismo sitio. Es gratuito y libre de uso. La información es presentada de manera objetiva sin sesgo alguno y busca brindarObjetividad información pertinente. El sitio garantiza la privacidad de los datos personales y las transacciones que ofrece Seguridad el sitio para el usuario que lo visita.
  10. 10.  Por ningún motivo se aceptarán referencias bibliográficas de páginas como wikipedia, monografías, rincón del vago, o cualquier otra página en donde los datos del autor o la información incluida no puedan ser corroborados, ni exista una revisión profesional respaldada por alguna organización o institución reconocida. En el caso de sitios como Slideshare, Scribd, Blogs, etc. solo se confiara en aquellos sitios que muestren claramente el nombre y apellido del autor intelectual (Ojo¡¡ no el nickname), la fecha de publicación, nombre del documento consultado, forma de contactar al autor.
  11. 11. Bibliografía básica Ecología microbiana y ambiental. Atlas R. y Martha R. 2001. Prentice Hall. Biodegradación y Bioremediación. Alexander M. 2ª. Ed. 1999, Academic Press. Biotecnología ambiental: Teoría y Aplicación. Evans G.M. 2003, Jhon Wiley & Sons. Principios de Biorecuperación. Eweis J.B. et al. 1999. McGraw Hill. Handbook of Bioremediation. Matthews J.E. 1994. Boca Raton. Lewis. Environmental Biotechnology, 1992. Mitchell, R., Wiley-Liss, New York, USA. Molecular Environnmental Biology, 1994. Garte, S.J., Lewis Publishers, Boca Ratón, USA. Brock, Biology of Microorganisms, 2006, Madigan, M.T. Martinko, J.M. (eds). Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ, USA. Biotecnología y Medio Ambiente, 2005, Marin, I, Sanz, J.L. y Amils, R. (eds), Ephemera, Madrid.
  12. 12. Evaluación % de % de % de Conceptos Evaluacion 1 Evaluacion 2 Evaluación 31.- Examen4.- Asistencia 20 20 206.- Exposición9.- Prácticas delaboratorio
  13. 13. Fechas de exámenesParcial Ordinario Regularización 1 2 3
  14. 14. Unidad 1: Introducción a laBiotecnología ambiental1.1 Conceptos fundamentales. ¿QUÉ ES LA BIOTECNOLOGIA?
  15. 15.  La definición mas sencilla que tenemos es la siguiente: “La biotecnología es el empleo de organismos vivos para la obtención de algún producto o servicio útil para el hombre.“
  16. 16.  Otra definición es la siguiente: “La biotecnología consiste en la manipulación de organismos vivos o de productos de organismos vivos con el fin de obtener productos deseables para el uso humano.” El término se utiliza también para expresar la interacción de la biología con la tecnología humana.
  17. 17.  Otras definiciones: La OCDE la define desde 1982 así: “la aplicación de los principios de ciencia e ingeniería al tratamiento de agentes biológicos en la producción de bienes y servicios.” En cambio la Federación Europea de Biotecnología la define como: “uso integrado de la bioquímica, microbiología e ingeniera genética para poder aplicar las capacidades de microorganismos, células cultivadas animales o vegetales o parte de los mismos en la industria, en los procesos relacionados con el medio ambiente ”
  18. 18.  Enlace de Youtube, video titulado “Biotecnología: organismos modificados genéticamente” http://www.youtube.com/watch?v=aWkwVGB TeHY
  19. 19.  Sin embargo seria un error considerar a la biotecnología solamente como la manipulación de un organismo vivo de manera industrial para el beneficio del ser humano. ¿Por qué?
  20. 20.  Por que la biotecnología ha sido usada por el hombre desde el comienzo de la historia en actividades como la producción de bebidas alcohólicas, la elaboración de pan y el mejoramiento de cultivos domésticos en tiempo en los cuales no existía una industria como tal.
  21. 21. Entonces el campo de la biotecnología estadado por:
  22. 22.  El descubrimiento de que el jugo de uva puede transformarse en vino, que la leche puede convertirse en yogur, o que se puede hacer cerveza fermentando soluciones de malta y lúpulo dieron origen a la biotecnología, hace miles de años.
  23. 23.  Estas aplicaciones constituyen lo que hoy se conoce como biotecnología tradicional la cual se basa en el uso de microorganismos o de los productos que generan. ¿Entonces existe una biotecnología moderna?, ¿Qué es?, ¿En que consiste?
  24. 24.  La biotecnología moderna, surge en la década de los ’80, y utiliza técnicas, denominadas en su conjunto ingeniería genética para modificar y transferir genes de un organismo a otro. ¿Y donde se aplica la biotecnología?
  25. 25. Cronología de algunos sucesos históricos de la biotecnologíaFECHA SUCESOAntigüedad: edad de bronce Elaboración de alimentos y bebidas fermentadas, el ser humano se vuelve sedentarioEdad media: siglo XII Destilación de alcoholEdad moderna: siglo XVI Los aztecas recolectan algas (spirulina) como forma de alimentoSiglo XVII Inicio de la producción comercial de cerveza, Hooke descubre la célulaSiglo XVIII Se comienzan con la rotación de cultivos para mejorar la productividad y el uso de la tierraEdad Contemporánea: 1797 Jenner desarrolla la primera vacuna1809 Apert utiliza el calor para esterilizar alimentos y conservarlos por mayor tiempo, este proceso le permite a Napoleón alimentar a sus tropas durante sus campañas
  26. 26. 1835 a 1855 Se enuncia la teoría celular1863 a 1866 Pasteur desarrolla el proceso de pasteurización, identifica a la levadura como el agente responsable de la fermentación alcohólica, Koch enuncia sus postulados sobre los agentes infecciosos que causan las enfermedades, Mendel presenta su trabajo sobre hibridación en plantas1897 Buchner descubre que solo se requiere de las enzimas extraídas de las levaduras para convertir el azúcar en alcohol1900 Se retoman los trabajos de Mendel referentes a las leyes de la herencia1910 En Inglaterra, se utilizan los primeros sistemas de purificación de cloacas basados en el uso de moos1912 a 1914 Se patentan los primeros detergentes a base de enzimas, se produce acetona y butanol usando moos1916 Se logra la inmovilización de enzimas lo que facilita su uso en procesos industriales1918 Se producen los primero biodigestores en China1919 Se utiliza por primera vez la palabra biotecnología1928 Griffith descubre los procesos de transferencia de información genética en cepas bacterianas
  27. 27. 1936 Se obtiene acido cítrico por fermentación1938 Se producen los primero bioinsecticida1944 Producción a gran escala de la penicilina1951 McClintock descubre los trasposones1953 Watson y Crick proponen un modelo para la estructura del DNA1959 Reinart genera plantas de zanahoria a partir de un cultivo de células (callos)1961 Descubrimiento del código genético1962 En México se cultivan variedades de trigo mas resistentes, iniciando lo que se conoce como revolución verde1968 Producción comercial de aa a partir de enzimas inmovilizadas1973 Cohen y Boyer desarrollan técnicas de corte y ligación para transferir genes de una especie a otra, se lanza en Brasil un programa para producir etanol a partir de biomasa1975 Kohler y Milstein obtiene anticuerpos monoclonales, se produce de forma comercial jarabe de alta fructosa por vía enzimática para ser usado como edulcorante alternativo a la glucosa1977 Genentech, la primer empresa biotecnológica producen de forma comercial la hormona de crecimiento humano mediante tecnología de DNA recombinante
  28. 28. 1978 Nace el primer bebe de probeta1980 Se aprueban las primeras patentes para organismos recombinantes, , la primer patente es para un moo usado en biorremediación de petróleo, Mullis inventa la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR), la patente la obtiene Cetus en 1985 y vendida en 1991 a Hoffman-La Roche por 300 millones de dólares1981 Se obtienen las primeras células vegetales modificadas genéticamente1982 Se inicia la producción comercial de insulina de origen recombinante1983 Se obtiene las primeras plantas transgénicas1984 Se desarrolla la técnica de “Fingerprint” (huella genética) que un año después comienza utilizarse en los tribunales de EU para la identificación de sospechosos1986 La EPA aprueba la liberación de plantas de tabaco transgénicas, se aprueba la primer vacuna de origen biotecnológico para combatir la hepatitis B1989 Comienza el mapeo del genoma humano1990 GenPharm obtiene una vaca transgénica que produce en la leche proteínas humanas para consumo infantil1995 Se descifra el primer genoma de un virus, la Haemophiluz influenzae1996 Se completa la secuenciación del primer genoma de un organismo eucariota, una levadura, la S. cerevisiae1997 Nace Dolly, el primer organismo clonado1999 Se secuencia el genoma del primer cromosoma humano
  29. 29. 2001 Se completa un borrador del genoma humano, los resultados se publica de forma simultanea tanto en Nature como en Science2003 Se vende de forma comercial el GloFish, un pez que brilla en la obscuridad y que originalmente diseñado para detectar contaminantes.2004 Se secuencia el genoma del pollo
  30. 30. Contaminación y protección ambiental Como sabemos el aumento de la población genera un mayor consumo de energía, alimentos y materiales, lo que conlleva a un aumento de los residuos urbanos e industriales y por consiguiente de la contaminación medioambiental.
  31. 31.  Algunas de las posibles soluciones para gestionar de forma sostenible el medio ambiente comprende el desarrollo de nuevas tecnologías y en este sentido la biotecnología debe de jugar un papel fundamental.
  32. 32. ¿Cómo ayuda la biotecnología al cuidado del medioambiente? La biotecnología contribuye al mantenimiento de la biodiversidad mediante el desarrollo de distintas herramientas. En primer lugar desarrollando herramientas para analizar la diversidad de los ecosistemas lo que permite realizar un seguimiento de la aparición o desaparición de las especies.
  33. 33.  En segundo lugar desarrollando procesos para conservar los genomas en bancos o colecciones de organismos vivos o en forma de ADN. En tercer lugar desarrollando las técnicas de clonación que pueden ser muy útiles para recuperar especies en peligro de extinción. En sentido literal los procesos de recombinación que se realizan mediante técnicas de Ingeniería Genética contribuyen a incrementar la biodiversidad en la misma medida que lo hacen los procesos naturales de recombinación
  34. 34.  Los problemas ambientales se originan, generalmente, porque se planifica el desarrollo económico-social sin tomar en cuenta el impacto en el medio ambiente que conlleva este desarrollo. La investigación y el desarrollo de procesos adecuados para la conservación del medio ambiente, ya sea en el tratamiento de residuos sólidos, líquidos o gaseosos, han aportado soluciones claras a algunos problemas y permiten entrever en otros casos soluciones tecnológicamente posibles a un costo relativamente bajo.
  35. 35. Biorremediación En la vida cotidiana siempre se han asociado los microorganismos con contaminación y enfermedades. Sin embargo, existe una gran cantidad de microorganismos beneficiosos, que dada su gran variabilidad y versatilidad pueden solucionar los graves problemas de contaminación que existen hoy en día.
  36. 36.  Una de las técnicas de biotecnología, enfocada a la preservación del medio ambiente al remediar zonas contaminadas es la biorremediación. Pero, ¿Qué es la Biorremediación?
  37. 37.  La biorremediación consiste en el uso de microorganismos, enzimas, hongos o plantas especializados, capaces de degradar desechos peligrosos, para remover contaminantes orgánicos, inorgánicos, y gaseosos del medio ambiente. A partir de la modificación genética es posible incrementar su capacidad de degradación de los contaminantes.
  38. 38. Contaminantes orgánicos (efluentes y residuos sólidos domésticos e industriales, petróleo, pesticidas, etc.),Biorremediación Inorgánicos (mercurio, plomo, cobre, cianuros, etc.) Gaseosos (metanos, compuestos volátiles, etc.)
  39. 39.  Las técnicas de biorremediación se utilizan para la recuperación de una zona terrestre o acuática contaminada que utiliza a los seres vivos para eliminar (degradar) las sustancias contaminantes. En muchos casos, la biorremediación se utiliza como acción complementaria después de haber eliminado una buena parte de la contaminación por otros métodos físico- químicos o mecánicos
  40. 40.  Los procedimientos utilizados para la biorremediación son muy variables y dependen del compuesto(s) a eliminar y de su ubicación física (suelo, agua). Dependiendo de lugar donde se haga, la biorremediación se puede realizar in situ o ex situ.
  41. 41.  En el tratamiento in situ se puede estimular la actividad degradativa de los organismos presentes en el lugar contaminado suministrando nutrientes (bioestimulación), o se pueden añadir organismos con propiedades especificas para degradar el contaminante (bioincremento).
  42. 42.  Hay diversas formas de utilizar los organismos del suelo para descontaminar un vertido. Una opción es la llamada “biorremediación intrínseca”, una aproximación pasiva en la que, después de una estimación del riesgo, se opta por dejar transcurrir el proceso de biodegradación natural en condiciones controladas. En el caso de la bioestimulación, se modifican las condiciones ecológicas del suelo (nutrientes, aireación, pH, humedad, etc.) para que la actividad degradativa de interés pueda desarrollarse en condiciones óptimas.
  43. 43.  Muchas de las tecnologías de biorremediación in situ que ya han tenido éxito con contaminantes como petróleo o disolventes orgánicos se basan en la estimulación de las poblaciones autóctonas. Un ejemplo típico es la técnica de laboreo (“land-farming”), tradicionalmente utilizada por la industria petrolífera para tratar sus residuos en el suelo, y que se aplica también para la biorremediación de sitios contaminados.
  44. 44. ¿Y que es el landfarming? La técnica consiste básicamente en la adición de fertilizantes con nitrógeno y fósforo (en cantidades proporcionales a la cantidad de carbono presente en el vertido), la aireación periódica del suelo, y el mantenimiento de niveles de pH y humedad óptimos para la actividad microbiana
  45. 45.  En el tratamiento ex situ, el contaminante es transportado a una planta de procesamiento donde se trata en reactores con moos degradadores especializados. Cuando el contaminante no se puede biodegradar, como sucede con los metales pesados, la estrategia utilizada es la bioacumulación, es decir, la acumulación del contaminante en el interior del ser vivo y la posterior retirada del organismo que ha acumulado el contaminante.
  46. 46. Suelo contaminando con metales pesadosCupriavidus metallidurans
  47. 47.  Aunque los moos suelen ser los seres vivos más utilizados en biorremediación, cada vez esta más extendido el uso de las plantas en estas tareas (fitorremediación), especialmente en los casos que requieren la bioacumulación.
  48. 48. ¿Qué sucede dentro del moo?
  49. 49. Evaluación del riesgo de la presencia decontaminantes en el medio ambiente.  ¿Que es una evaluación de riesgos?  Estimación de la probabilidad de que un individuo o población esté expuesto a un peligro a través de un medio (alimento, agua, aire, etc.).  Se realiza una cuantificación de las posibles consecuencias (salud y económicas)
  50. 50. ¿La evaluación de riesgos es unaactividad única? No, la evaluación de riesgos comprende parte de un análisis de riesgos. ¿Y que es un análisis de riesgos? Es una forma sistemática de evaluar riesgos asociados a la presencia de un peligro en un medio para facilitar la adopción de decisiones en materia de gestión de riesgos y su comunicación.
  51. 51. Fases del análisis de riesgos.
  52. 52.  Un peligro es una fuente de riesgo, pero no un riesgo en sí mismo, en otras palabras, su presencia es una condición necesaria pero no suficiente para convertirse en un riesgo para la salud y la seguridad. Peligro = riesgo = exposición = daños personales
  53. 53. ¿Cuál es la diferencia entre peligro yriesgo? PELIGRO: cualquier agente biológico, químico o físico presente en un medio (agua, aire, alimento, etc.) que tiene la potencialidad de producir efectos adversos en salud. RIESGO: probabilidad de que se dé un efecto adverso en la salud de la población expuesta. Se da como consecuencia de la existencia de un peligro en un medio determinado
  54. 54. PROCESO DE EVALUACIÓN DE RIESGOS Detección/planteamiento del problema. Identificación del Cantidades y concentraciones de peligro/análisis de contaminante. Datos SELECCIÓN DE CONTAMINANTES DE INTERÉS Relación entre exposición o dosis y efectosFASES Caracterización del adversos para la salud. Evaluación toxicológica. Peligro PARÁMETROS DE TOXICIDAD (VALORES DE REFERENCIA) RUTAS, RECEPTORES POTENCIALES Evaluación de incluyendo subgrupos sensibles, tasas de Exposición exposición y tiempos. Comparación con Valores de Referencia INTEGRACIÓN DE TOXICIDAD Y Caracterización de DATOS DE EXPOSICIÓN para riesgos expresión cualitativa o cuantitativa de riesgos para la salud.
  55. 55. Utilidad y limitaciones de la evaluación de riesgos UTILIDAD LIMITACIONES• Base científica para el control • Definiciones y planificaciones deficientes de Riesgos resultados inconsistentes• Responde a preocupaciones • Necesidad de una amplia cantidad de públicas de salud datos • Marco sistemático para la • Falta de equipos multidisciplinares con asignación de prioridades, formación adecuada recursos y actuaciones que eviten riesgos futuros • Dificultad de extrapolación de resultados • Identifica necesidades de • Consumo de gran cantidad de recursos información y/o investigación
  56. 56. Remediación y/o eliminación mediante laaplicación de tecnologías biológicas ¿Biotecnología?
  57. 57. ¿Qué se requiere para que los seres vivos lleven a cabo este proceso? Se requiere que exista una biodisponibilidad. ¿Qué es la biodisponibilidad? El término biodisponibilidad se refiere al grado de accesibilidad de un compuesto para ser asimilado por los seres vivos. En el caso de una sustancia tóxica, cuanto más biodisponible sea mayor será su efecto nocivo sobre los seres vivos.
  58. 58.  La biodisponibilidad está determinada por las propiedades fisicoquímicas del compuesto, principalmente por su solubilidad en líquidos, o su capacidad para adsorberse a sustancias sólidas o para volatilizarse. Sustancias volátiles o fuertemente adsorbidas a partículas sólidas no van a estar al alcance de muchos seres vivos, lo que reduce su potencial de toxicidad.
  59. 59.  Entonces…. ¿La biodisponibilidad es contraproducente? No, ya que la biodisponibilidad puede funcionar como una herramienta biológica de remediación.
  60. 60.  Dado que una baja biodisponibilidad reduce en gran medida la toxicidad de un compuesto, en algunas ocasiones se recurre a la disminución de la biodisponibilidad como método para remediar un suelo contaminado.
  61. 61.  Ya sabemos que es la biorremediacion, pero…. ¿Cómo podemos usar los organismos autoctonos de una zona contaminada para llevar a cabo un proceso de remediación?
  62. 62.  Hay diversas formas de utilizar los organismos del suelo para descontaminar un vertido. Lo que conocemos como biorremediación intrínseca, que es una aproximación pasiva en la que, después de una estimación del riesgo, se opta por dejar transcurrir el proceso de biodegradación natural en condiciones controladas.
  63. 63.  Otra alternativa es la bioestimulación, una estrategia activa, que consiste en incrementar las posibilidades de interacción de los organismos con el contaminante aumentando el numero de moos o de nutrimentos de estos. Sin embargo una limitante es el tiempo en el que se lleva a cabo este proceso.
  64. 64. Desarrollo de tecnologías alternas. Hemos visto hasta ahora que la biorremediacion se puede aplicar in situ y ex situ, en el caso de las técnicas in situ (las que son mas accesibles en cuanto a costos), encontramos el landfarming, la bioestimulación y el compostaje.
  65. 65.  El compostaje puede utilizarse como técnica de biorremediación para el tratamiento de suelos o sedimentos contaminados. Aunque el compostaje es usado principalmente para la degradación de desechos agrícolas orgánicos, actualmente se utiliza para el tratamiento de sustancias tóxicas
  66. 66.  Una tecnología alterna a la remediación ex situ es el uso de OGM’s. ¿Qué es un OGM? Un organismo genéticamente modificado, que puede ser desde un moo (bacterias, hongos, levaduras, algas), plantas, insectos, animales superiores que han sido modificados en la totalidad de su genoma o en un gen en particular.
  67. 67.  ¿Para que han sido modificados? Para producir un compuesto de interés, o para llevar a cabo un proceso o acción determinados o potenciarlo. En el caso de los procesos de biorremediacion, para transformar o degradar un contaminante.
  68. 68.  Los OGMS pueden diseñarse para descontaminar distintos ecosistemas. Las capacidades degradativas de los organismos se han utilizado con frecuencia para eliminar compuestos contaminantes presentes en el medio ambiente. Sin embargo, en muchos casos es necesario optimizar estas capacidades degradativas para que el proceso sea más eficaz y económicamente rentable.
  69. 69.  Por otro lado, ciertos compuestos contaminantes que no se encuentran de forma natural en el medio ambiente y son el resultado de la actividad industrial requieren el diseño de nuevos mecanismos que permitan su eliminación o su transformación en compuesto menos contaminantes.
  70. 70.  Una opción a esto es el uso de técnicas de ingeniería genética, que permite acelerar el desarrollo de OGMs, principalmente moos y plantas, para descontaminar el medio ambiente. Así, se han desarrollado OGMs capaces de eliminar compuestos orgánicos altamente contaminantes tales como los policlorobifenilos (PCBs), dioxinas, compuestos nitroaromáticos, etc. La bioacumulación de metales pesados, que constituye la principal causa de contaminación del planeta, es otro ejemplo de la aplicación de OGMs para descontaminar el medio ambiente.
  71. 71.  Aunque se logra aumentar la efectividad de la acción degradativa de los moos, la limitante de esta tecnología es el costo y la ausencia parcial o total de los recursos tecnológicos.
  72. 72. Unidad 3: Sistemas biológicos de interés entecnología ambiental.  Los moos, los hongos y las plantas habitan el planeta desde hace millones de años y han sido y son fundamentales para el desarrollo de la vida tal como la conocemos. Los procesos que permiten la vida de estos organismos comparten reacciones básicas en las que interviene tanto la materia como la energía.
  73. 73.  El ejemplo mas conocido es la fotosíntesis, la transformación de CO2 atmosférico en oxigeno a las hojas de la planta. Actualmente la presión que el crecimiento de la población ejerce sobre el planeta, hace que nuestra agricultura e industria deban operar de una manera sostenible y esto genera avances en el campo de la biotecnología.
  74. 74.  Si bien varios sistemas biológicos pueden ser utilizados en la biotecnología ambiental, la utilización de moos es la mas extendida ya que se pueden gestionar para dar diferentes servicios a la sociedad. Estos servicios van desde la eliminación de la toxicidad de los contaminantes presentes en le agua, el suelo, los sedimentos y los lodos hasta la recuperación de los recursos a partir de residuos.
  75. 75.  Al mismos tiempo, también se pueden utilizar para convertir en valor energético diferentes tipos de biomasa desde su forma difusa y en algunos casos peligrosa, como son los residuos sólidos urbanos en forma de energía utilizable directamente por la sociedad como el biogás (metano y CO2) y el hidrogeno.
  76. 76.  Los moos son capaces de desarrollarse adaptándose a prácticamente cualquier medio. Existen moos capaces de soportar altas dosis de radioactividad, como las que existen en los contenedores de las centrales nucleares donde almacena uranio o plutonio que han sido usados en los proceso de fusión.
  77. 77.  También existen moos que sobreviven en ambientes con una concentración elevada de arsénico. Para su crecimiento necesitan de una fuente de alimentación, que como cualquier ser vivo esta basada en el carbono y una fuente de energía, la obtención de energía se realiza a nivel celular mediante un intercambio de e- en el que se requiere una especie capaz de ceder e- y otra de aceptarlos.
  78. 78.  De este proceso tan sencillo y a la vez complejo, se vale la biotecnología ambiental para poner a los moos al servicio de la lucha contra la contaminación con el objeto de transformar sustancias peligrosas en sustancias inocuas o menos peligrosas ya que los contaminantes servirá como fuente de carbono, donador o aceptor de e-.
  79. 79.  Entre los contaminantes donadores de electrones están los hidrocarburos, la materia orgánica biodegradable y el amonio que los moos aerobios podrán convertir en CO2 y nitrato.
  80. 80.  Por otra parte si los contaminantes son aceptores de electrones, como el cromato, el arseniato o el uranio, pueden ser transformados, en medio anaerobio en especies químicas con menor movilidad en el medio ambiente. Si los contaminante son sustancias toxicas como los compuestos organoclorados pueden ser convertidos en especies menos toxicas.
  81. 81. Propiedades de los sistemas biológicos, estructuras yfunciones celulares de posible utilidad ambiental.  Los sistemas biológicos también reciben el nombre de biocatalizadores.  Un biocatalizador es un agente biológico que se utiliza en la obtención de un producto o servicio de interés biotecnológico.  Por ejemplo:  Microorganismos: Son los sistemas biológicos más usados en microbiológica industrial (bacterias, hongos, protozoos y virus).
  82. 82.  Esporas: En ocasiones el sistema biológico de interés para producir el producto o el servicio son las esporas, como en el caso de los bioinsecticidas. Enzimas y otras proteínas de interés. Cultivos celulares: Podemos usar cultivos celulares vegetales o animales para la fabricación de productos o la obtención de servicios, como por ejemplo el uso de hibridomas para la obtención de anticuerpos monoclonales. En ocasiones se pueden usar solo algunos orgánulos.
  83. 83. ¿Por qué los moos son mas usados en los proceso biotecnológicos? Tienen una elevada diversidad metabólica y una gran plasticidad. Siempre existirá algún microorganismo que pueda hacer la reacción que se desea en un determinado momento. El único problema es que se ha de encontrar el microorganismo más adecuado. Se cree que se conocen tan solo 1/3 de los moos existentes en el mundo
  84. 84.  Son extremadamente fáciles y baratos de cultivar. Crecen sobre sustratos baratos. En ocasiones pueden crecer sobre residuos de otras empresas, como papeleras, cárnicas, etc. Las condiciones de cultivo son baratas de obtener y mantener, en comparación con las que se necesitaría para las transformaciones químicas. No es necesario normalmente incrementar la temperatura ni la presión. En muchos casos son los propios organismos los que provocarán un cambio de la temperatura. En ocasiones será incluso necesario refrigerar.
  85. 85. ¿Qué servicios brindan los moos? Producción de células, Enzimas y otras proteínas de elevado valor añadidoServicios que se Metabolitos primarios y secundariosobtienen de losmoos Depuración de residuos. Aplicaciones analíticas. Lixiviación.
  86. 86. Lo que nos atañe… Depuración de residuos: la acción del ser humano a modificado sus entornos naturales al establecer industrias en áreas naturales, provocando un desequilibrio en los ecosistemas. Esto ha llevado al desarrollo de tecnologías de depuración, que tratan de reducir el impacto de la actividad humana sobre los ecosistemas. Estas nuevas técnicas se basan en la mimetización de los procesos que tienen lugar en el río, pero aumentando la concentración o la intensidad, como en el caso de las plantas de lodos activos.
  87. 87. Ejemplos…
  88. 88. Estructuras y funciones celulares La célula es la estructura funcional de todos los organismos presentando funciones semejantes, sin embargo la estructura no es la misma, la misma estructura de la célula da la pauta para diferenciarlos, de esta forma podemos distinguir dos tipos de células en base a su estructura, las células eucariotas y las células procariotas.
  89. 89.  Ya que nos estamos enfocando al estudio de moos, nos centraremos en el estudio de las células procariotas. Las bacterias son pequeñas y de estructura sencilla cuando se comparan con las células eucariotas, incluso, a menudo, tienen formas y tamaños característicos.
  90. 90.  La pared celular procariótica es química y morfológicamente compleja, y casi siempre contiene peptidoglicano. Los componentes como cápsulas y fimbria se localizan fuera de la célula. Uno de éstos es el flagelo, que muchas bacterias utilizan como propulsor para desplazarse hacia las sustancias atrayentes o alejarse de las repelentes.
  91. 91.  Algunas bacterias forman endosporas, formas latentes de resistencia, para sobrevivir condiciones ambientales extremas. Existen dos grupos bien diferencias de procariotas, las bacterias y las arqueas; el término bacteria se refiere específicamente a las células del dominio Bacteria
  92. 92.  Se podría esperar que organismos pequeños, relativamente simples como las bacterias, fuesen uniformes en cuanto a forma y tamaño. Aunque es cierto que muchas bacterias tienen una morfología similar, existen importantes variaciones entre ellas.
  93. 93.  La mayoría de las bacterias conocidas presentan forma de coco o de bacilo. Los cocos son células casi esféricas. Pueden existir como células individuales, pero se asocian también en agrupaciones características que son útiles frecuentemente para identificar a las bacterias
  94. 94.  Los diplococos se forman cuando los cocos se dividen y permanecen juntos para constituir pares. Cuando las células después de dividirse repetidamente en un mismo plano no se separan, se forman cadenas largas de cocos; este modelo se observa en los géneros Streptococcus, Enterococcus y Lactococcus
  95. 95.  Las bacterias del género Staphylococcus se dividen en planos aleatorios para generar racimos irregulares similares a los de las uvas. Las divisiones en dos o tres planos consecutivos perpendiculares entre sí pueden producir racimos simétricos de cocos: los miembros del género Micrococcus se dividen a menudo en dos planos para formar paquetes cuadrados de cuatro células denominados tétradas; en el género Sarcina los cocos se dividen en tres planos, formando paquetes cúbicos de ocho células.
  96. 96. Staphylococcus aureus Enterococcus faecalis
  97. 97.  La otra forma común bacteriana es el bastoncillo, denominado bacilo. Los bacilos varían considerablemente en la proporción entre longitud y diámetro, así por ejemplo los cocobacilos tan cortos y anchos que parecen cocos. La forma del extremo del bacilo varía a menudo entre especies; puede ser plana, redondeada, en forma de puro o bifurcada.
  98. 98. Bacillus megaterium
  99. 99.  Aunque muchos bacilos aparecen aislados, pueden permanecer juntos después de dividirse, formando parejas o cadenas. A parte de estas dos formas más frecuentes, las bacterias pueden adquirir una gran variedad de formas. Muchas bacterias poseen una forma semejante a bacilos largos retorcidos como espirales o hélices; se denominan espirilos si son rígidos, y espiroquetas cuando son flexibles.
  100. 100. Rhodospirillum rubrum Vibrio cholerae
  101. 101.  En conjunto, el grupo bacteriano también varía en tamaño tanto como en forma. Las más pequeñas tienen aproximadamente 0.3 μm de diámetro, casi el tamaño de los virus más grandes (poxvirus). Recientemente, se han publicado investigaciones sobre células incluso menores. Las nanobacterias o ultramicrobacterias tienen un diámetro aproximado de entre 0.2 μm y menos de 0.05 μm
  102. 102. Funciones de las estructuras de células procariotas
  103. 103. Control de patógenos en el ambiente ¿Qué se requiere para que se produzca una enfermedad? Organismo hospedero (animal, planta) Agente patógeno virulento Condiciones ambientales adecuados para la enfermedad
  104. 104. Complejo causal de una enfermedad
  105. 105.  Múltiples factores influyen en la aparición de enfermedades por patógenos: Patógeno y huésped en un lugar y tiempo Genética del patógeno y del huésped Condiciones ambientales y microambientales Parte del organismo al que llega patógeno Tiempo durante el cual existen condiciones favorables la patógeno
  106. 106.  Con respecto al patógeno distinguimos los siguientes componentes: inoculo, fuente de inoculo y patogénesis. En el caso del inoculo este es la estructura del patógeno capaz de llegar al organismo y producir infección, por ejemplo: Hongos: esporas sexuales o asexuales, micelio Bacterias: célula bacteriana Virus: partículas virales Nematodos: juveniles, adultos, huevos
  107. 107.  La fuente de inoculo es el lugar donde se produce el inóculo. Por ejemplo: sangre, la piel, órganos internos, o en el caso de plantas: planta enferma rastrojo suelo semilla
  108. 108.  La patogénesis es el proceso mediante el cual el agente patogénico provoca la enfermedad en su huésped. Este proceso implica una interacción huésped – patógeno durante un período de tiempo determinado.
  109. 109.  ¿Cómo se produce la patogénesis?I. El patógeno penetra en el organismoII. Interactúa con las células del huésped ⇒ infecta al organismo (se establece)III. Se multiplica o crece dentro del tejido ⇒ lo colonizaIV. La interacción patógeno-huésped hace que éste se modifique ⇒ aparecen los síntomasV. El patógeno se reproduce y se disemina para poder llegar a nuevos organismos ⇒ aparece el signo
  110. 110.  Entonces….
  111. 111.  PENETRACIÓN Interacción microscópica INFECCIÓN (celular) COLONIZACIÓN APARICIÓN DE SINTOMAS APARICIÓN DE SIGNO
  112. 112.  El proceso de infección es un proceso muy complejo de interacción patógeno- huésped: Patógeno: puede producir enzimas, toxinas, sustancias que afectan la fisiología celular del huésped Huésped: puede reconocer algo del patógeno y producir cambios bioquímicos que lo afectan y que a veces impiden la infección.
  113. 113.  El patógeno puede colonizar intercelularmente o intracelularmente. La infección puede ser localizada o sistémica Los síntomas se pueden presentar a los pocos días o incluso (en el caso de algunas enfermedades vegetales) tardar años.
  114. 114.  ¿Un solo patógeno pueden infectar a la vez? No, en ocasiones se puede producir un inoculo secundario y generar un ciclo secundario en el mismo organismo.
  115. 115.  En el caso de las plantas los agentes que causan enfermedades en las plantas se caracterizan por ser infecciosos (bióticos o vivos) y no infecciosos (abióticos o no vivos) Los agentes infecciosos incluyen las bacterias, hongos, micoplasmas, nemátodos y virus. Los agentes no infecciosos incluyen, desbalances nutricionales, estrés ambiental y toxicidad química (causada por plaguicidas y contaminantes del aire.
  116. 116.  Ahora bien, el diagnóstico de enfermedades no puede hacerse basándose solamente en los síntomas, aunque pueden hacerse algunas generalizaciones. Los síntomas causados por agentes infecciosos (hongos, bacterias, virus, nemátodos) y no infecciosos (deficiencias nutricionales, toxicidades, exceso o escasez de agua, contaminantes ambientales, acidez o alcalinidad del suelo) son similares.
  117. 117.  Un diagnóstico preciso solo puede hacerse luego de evaluar el organismo afectado por observación directa o cultivar los patógenos en medios específicos.
  118. 118.  El diagnóstico se basa principalmente en lo siguiente: Percepción del problema Determinación de la causa Planificación de una solución para el problema
  119. 119. Unidad 4: Microorganismos comoagentes ambientales Como hemos visto ya en temas anteriores, las prácticas de biorremediación consisten principalmente en el uso de diferentes organismos del medio para neutralizar sustancias toxicas, ya sea transformándolas en sustancias de carácter menos tóxico o convirtiéndolas en compuestos inocuos para el medio ambiente y la salud humana.
  120. 120.  Se pueden utilizar bacterias con la propiedad de acumular o metabolizar metales pesados. El uso de moos que transforman diferentes compuestos nocivos en otros de menor impacto ambiental ha experimentado un gran desarrollo en la ultima década. Aunque las bacterias son las más empleadas en el proceso de biorremediación, también se han empleado otros microorganismos como hongos, algas, cianobacterias y actinomicetes para la degradación de compuestos tóxicos en el suelo.
  121. 121.  Estos sistemas de descontaminación se basan en la absorción de las sustancias orgánicas por parte de los moos, los cuales las utilizan como la fuente de carbono necesaria para su crecimiento y de energía para sus funciones metabólicas.
  122. 122.  Los microorganismos cumplen papeles importantes en la regulación del ecosistema al tener diferentes moos con diferentes funciones: Microorganismos productores: Son organismos autótrofos que transforman la materia inorgánica en materia orgánica. Microorganismos simbiontes: Como es el caso de bacterias que viven en el estomago de muchos animales permitiendo o favoreciendo la digestión de los alimentos.
  123. 123.  Microorganismos parásitos: u oportunistas provocan enfermedades. Microorganismos degradadores: Se alimentan de la materia orgánica muerta permitiendo reciclarla a materia inorgánica. Esta capacidad de transformación de la materia de los microorganismos se ha usado en la lucha contra la contaminación del medio ambiente.
  124. 124. Uso de microorganismos en laprevención, eliminación y control de lacontaminación ambiental. Los microorganismos autótrofos y los degradadores juegan un papel crucial en la transformación de la materia, estando implicados en los ciclos geoquímicos del carbono, nitrógeno, hierro y azufre. La materia se transforma mediante la acción de los moos, así ésta puede ser reutilizada.
  125. 125.  ¿Qué es un ciclo geoquímico? Los bioelementos (C,H,O,N) circulan de forma cíclica desde la atmósfera y la hidrosfera hasta los organismos vivos y de ellos, de nuevo a la atmósfera o a la hidrosfera. Estos ciclos reciben el nombre de ciclos geoquímicos, que corresponden a los ciclos del carbono, nitrógeno, hierro y azufre
  126. 126.  La mayoría de los moos son inocuos para los demás seres vivos. Muchos de ellos incluso se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los tejidos de los animales, viviendo en ellos, en su piel, en sus conductos digestivos o respiratorios; son la denominada flora normal.
  127. 127.  Sin embargo, como vimos los microbios más conocidos son aquellos que producen enfermedades infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana; los llamados moos patógenos.
  128. 128.  Sin embargo el papel de las bacterias no patógenas es fundamental ya que intervienen en el ciclo del nitrógeno y del carbono, así como en los metabolismos del azufre, del fósforo y del hierro. Las bacterias de los suelos y del las aguas son indispensables para el equilibrio biológico.
  129. 129.  Ahora bien los procesos biológicos desempeñan un papel importante en la eliminación de contaminantes y la biotecnología aprovecha la versatilidad catabólica de los microorganismos para degradar y convertir dichos compuestos.
  130. 130.  Se pueden mencionar muchísimos ejemplos donde se utilizan moos para tratar de resolver problemas ambientales específicos, por ejemplo: Bacterias degradadoras de hidrocarburos Moos utilizados en la depuración de aguas residuales Bacterias nitrificantes y desnitrificantes Bacterias sulfatoreductoras etc.
  131. 131. Características fisiológicas singularesde los microorganismos.
  132. 132.  La cápsula no es constante. Los cilios, o flagelos, no existen más que en ciertas especies, junto con la capsula estas estructuras se localizan fuera de la pared celular.
  133. 133.  La pared que poseen la mayoría de las bacterias explica la constancia de su forma, esta es rígida, dúctil y elástica. Su versatilidad reside en la naturaleza química del compuesto macromolecular que le confiere su rigidez. Este compuesto, un mucopéptido, está formado por cadenas de acetilglucosamina y ácido murámico sobre las que se fijan tetrapéptidos de composición variable
  134. 134.  La membrana citoplasmática: Barrera permeable selectiva que permite la entrada y salida de sustancias especificas. Estructuras internas: el nucleótido, los ribosomas, el citoplasma.
  135. 135.  Nutrición y crecimiento bacterianos: Las bacterias necesitan de un aporte energético para poder desarrollarse. La energía para tal propósito la obtienen de la oxidación de un sustrato orgánico.
  136. 136.  Esta es liberada en la oxidación del mismo mediante sucesivas reacciones de deshidrogenación en forma de ATP, ADP, AMP, NADH-, NAD+, etc. Además de los elementos indispensables para la síntesis de sus constituyentes y de una fuente de energía, ciertas bacterias precisan de unas sustancias específicas: los factores de crecimiento.
  137. 137. Aspectos positivos y negativos. Como hemos visto hasta ahora, los microorganismos pueden ser tanto benéficos como perjudiciales, benéficos en el sentido de que podemos utilizarlos para nuestro producir algún bien o servicio y perjudiciales en sentido de que algunos son patógenos causando enfermedades tanto a animales, plantas y al ser humano.
  138. 138.  Las bacterias son más beneficiosas que perjudiciales para el ser humano. Sólo una muy pequeña parte de las bacterias son patógenas para el hombre. El resto pueden ser indiferentes o beneficiosas.
  139. 139.  Las bacterias permiten producir quesos (Propionibacterium), yogures (Bifidobacterium), embutidos (Micrococus), encurtidos. Gracias a ellas se puede condimentar las ensaladas con vinagre, ya que son las encargadas de producir las fermentaciones necesarias para que las materias originales se transformen en acido acético.
  140. 140.  La fijación del nitrógeno en las plantas es debido a la simbiosis de unas bacterias (Agrobacterium, Rhizobium, Bradirhizobiun) con la misma planta. Esta simbiosis consiste en que la planta le da alimento a la bacteria, y la bacteria le da el nitrógeno que requiere la planta. Luego, las personas se alimentan de las legumbres que se han enriquecido con ese nitrógeno tan necesario para el ser humano.
  141. 141.  En medicina, se usan las bacterias para producir antibióticos (bacitracina, polimixina) o transformar genéticamente ciertas especies como Escherichia coli y Bacillus antracis, para que fabriquen elementos imprescindibles para remediar ciertas enfermedades como la diabetes (insulina).
  142. 142.  Se pueden utilizar para introducir en las plantas genes de otras bacterias que sintetizan toxinas que las defienden de sus enemigos naturales (por ejemplo los insectos), así obtenemos plantas resistentes a ciertas plagas (Bacillus thuringensis).
  143. 143.  En el cuerpo humano se encuentran bacterias muy beneficiosas dentro del intestino (Streptococus, Bacteroides, Lactobacillus) que a cambio de una fuente de nutrientes y un lugar donde vivir, sintetizan para nosotros vitamina K, vitamina B12, tiamina, que son esenciales para la vida humana.
  144. 144.  Las bacterias son ecológicas activas, ya que forman parte de los ciclos del carbono, nitrógeno, azufre, hierro, mercurio, etc. Se usan en los tratamientos de aguas residuales, en la lixiviación microbiana, para limpiar los ríos del exceso de materia orgánica que desechan las fábricas, para descomponer el petróleo (y compuestos similares) en sustancias que utilizar otros microorganismos (Pseudomonas, Acinetobacter, Corinebacterium, Mycobacterium, Nocardia).
  145. 145.  Otras bacterias se emplean para eliminar compuestos tóxicos, como los insecticidas o los organoclorados, gracias a su alto poder de bioconversión (transformación de un compuesto en otro que sea útil para el hombre).
  146. 146.  Como podemos observar, son mas lo beneficios que aportan los microorganismos como sistemas biológicos. ¿Y cuales son los perjuicios? Pues que pueden ser causa de enfermedades, tanto a plantas, animales y al ser humano, sin embargo el numero de este tipo de moos patógenos es menor con comparación con los moos benéficos.
  147. 147. Por ejemplo…Nombre de Enfermedad Síntomas bacteria producida Infección subcutánea. La zona infectada por el ántrax se vuelve roja e inflamada. Bacillus Ántrax o En algunas zonas se libera pus, el tejido se necrosa y ulcera y tras la extirpación anthracis Carbunco cicatriza. Brucella spp. Brucelosis Fiebre ondulante, endocarditis, neumonía Enfermedad grave del sistema nervioso a través de heridas. Sus síntomas son: Clostridium cefalea, depresión, dificultad para tragar y para abrir la mandíbula por completo, Tétanos rigidez del cuello, espasmo en músculos de la mejilla. Fiebre, parálisis. tetani La toxina afecta al corazón y al sistema nervioso central. Se forma un exudadoCorynebacteriu blanco grisáceo que afecta a las superficies de la nariz y la garganta, aumenta de Difteriam diphtheriae tamaño y llega a obstruir el conducto respiratorio Alteración del ritmo intestinal que se acompaña de deposiciones semilíquidas. LaEscherichia coli Diarrea perdida de líquidos puede producir deshidratación Los síntomas del cólera son fiebre, diarrea, vómitos y deshidratación por la pérdida de líquidos y sales minerales en las heces. En los casos graves hay una diarrea muy importante, vómitos, sed intensa, calambres musculares, y enVibrio cholerae Cólera ocasiones, fallo circulatorio. En estos casos el paciente puede fallecer a las pocas horas del comienzo de los síntomas. Dejada a su evolución natural, la mortalidad es superior al 50%, pero no llega al 1% con el tratamiento adecuado
  148. 148. Aislamiento y caracterización de microorganismosde interés en tecnología ambiental. Aislamiento. El aislamiento de moos a partir de muestras naturales se realiza, en la mayoría de los casos, mediante la producción de colonias aisladas en cultivos sólidos o líquidos. Un microorganismo necesita para crecer nutrientes que le aporten energía y elementos químicos para la síntesis de sus constituyentes celulares.
  149. 149.  Dependiendo de la fuente de carbono que utilizan, los microorganismos se pueden clasificar en autótrofos si es el CO2 atmosférico (moos que llevan a cabo reacciones de fotosíntesis) y heterótrofos si utilizan carbono orgánico.
  150. 150.  La fórmula elemental de un moo es aproximadamente: C4H7O2N Lo que supone que los componentes de las células son: carbono que representa alrededor del 50% del peso seco, oxígeno (32%), nitrógeno (14%), fósforo (3%), azufre (± 1%) y otros elementos traza entre los que se encuentran Fe, K, Mg, Mn, Co, Mb, Cu y Zn.
  151. 151.  La elaboración de medios de cultivo requiere proporcionar los elementos antes mencionados en una forma asimilable. Así, por ejemplo, el C debe estar en forma de carbono orgánico para los heterótrofos y como CO2 para los autótrofos, el N en forma de NH4, de NO3- o de NO2- o en forma de aminoácidos a los que se pueda tomar su grupo amino; el P debe estar en forma de PO43-, el S procede de aminoácidos sulfurados o de SO42-, etc.
  152. 152.  Los medios de cultivo se pueden clasificar en definidos cuando su composición química se conoce totalmente y complejos cuando no es el caso porque están compuestos por mezclas de extractos de materiales complejos (extracto de levadura, extracto de carne, etc.).
  153. 153.  Por otra parte, los medios de cultivo pueden ser líquidos o sólidos si se añade algún agente solidificante que no sea consumible por los microorganismos (normalmente agar).
  154. 154.  En función de los microorganismos que pueden crecer en ellos, los medios pueden ser: GENERALES SELECTIVOS TIPO DE DIFERENCIALES MEDIO SELECTIVO-DIFERENCIALES DE ENRIQUECIMIENTO
  155. 155.  Generales, crece todo tipo de moos. Selectivos, cuando favorecen el crecimiento de ciertos microorganismos mientras suprimen el de otros (por ejemplo, el medio SPS para clostridios). Diferenciales, cuando alguno de sus componentes permite identificar las colonias de un tipo de microorganismos (por ejemplo medios con hematíes para identificar colonias de microorganismos hemolíticos).
  156. 156.  Selectivo-diferenciales, cuando combinan las dos características anteriores (por ejemplo, el agar de McConkey para identificar Escherichia coli). Medios de enriquecimiento, permiten aislar un tipo determinado de microorganismo a partir de una mezcla una población mixta de gran tamaño.
  157. 157.  El crecimiento exponencial de las bacterias permite producir un gran número de ellas a partir de una única célula inicial de forma que, tras un periodo de incubación en las condiciones ambientales adecuadas, se produce una colonia observable a simple vista y formada por individuos semejantes.
  158. 158.  Sin embargo, no todos los microorganismos presentes en las muestras ambientales son cultivables (moos no cultivables). Esto es debido a dificultades intrínsecas en el cultivo (moos parásitos de otros), al desconocimiento de los requerimientos específicos de cultivo, y a la existencia de grupos de moos que deben mantenerse en equilibrio para poder sobrevivir
  159. 159.  Sin embargo existen procedimientos de enriquecimiento del número de bacterias de ambientes naturales para facilitar su aislamiento.
  160. 160. CONCEPTO DE CULTIVO PURO. Se denomina cultivo puro (axénico) al que contiene sólo un tipo de moos. Los cultivos puros se inician a partir de colonias aisladas, de manera que todos los individuos del mismo tengan la misma composición genética. Los cultivos puros son esenciales para poder estudiar las características de los microorganismos y para poder identificarlos con seguridad.
  161. 161.  Caracterización. Existen diferentes sistemas de clasificación de bacterias, pero el más comúnmente utilizado es el Bergeys Manual of Determinative Bacteriology. La identificación de una bacteria consiste en su asignación a un taxón según una clasificación dada.
  162. 162.  Caracterizar a una bacteria, consiste determinar las características fenotípicas y/o genotípicas y la comparación de estas características con los diferentes taxones de la clasificación considerada. Las características a determinar y su número depende principalmente del tipo de bacteria y del fin que se persigue en la identificación.
  163. 163.  Un esquema de trabajo típico para la identificación de una cepa bacteriana desde el punto de vista bioquímico es el siguiente: 1)Obtener un cultivo puro. 2)Examen microscópico de células vivas y de frotis usando la técnica de Gram. Con esto se determina la forma y la clasificación Gram del moo en estudio.
  164. 164.  Durante el segundo paso, también es importante determinar la agrupación, la presencia de esporas y otras características morfológicas de interés.
  165. 165.  3) Determinar las características nutricionales (en general se desprenden de los métodos empleados en el aislamiento y cultivo anteriores); fotoautótrofos, fotoheterótrofos, quimioautótrofos, quimioheterótrofos. 4) Realización de pruebas primarias: con las pruebas primarias se puede determinar el género, grupo de géneros o en algún caso familia a la que pertenece un aislamiento.
  166. 166.  Las pruebas primarias incluyen: Gram, morfología, catalasa, oxidasa, OF, fermentación de glucosa, esporas, crecimiento en aerobiosis y anaerobiosis y movilidad. En algunos caso se puede utilizar la tabla de Cowan & Steels Manual of Identification of medical bacteria.
  167. 167.  5) Realización de pruebas secundarias y terciarias a efectos de llegar a especie. Estas pruebas dependerán del género o familia determinado. (ejemplos: producción de pigmentos, producción de indol a partir de triptófano, producción de coagulasa, de fenilalanina, deaminasa, etc.)
  168. 168. TABLA MODIFICADA DE COWAN´S & STEEL PARA IDENTIFICACION DE BATERIASHETERÓTROFAS
  169. 169. Unidad 5: Nociones de Bioingeniería Como sabemos, mediante la biotecnología, podemos obtener los siguientes productos o servicios
  170. 170. ¿Pero como obtenemos esto? Usamos como materia prima a los microorganismos, pero ¿Cómo es que manejamos a los moos para estas aplicaciones industriales?, ¿Qué técnicas nos permiten utilizar a los moos como servicio?, ¿Qué metabolitos secundarios obtenemos de ellos y como los obtenemos? Mediante la biotecnología industrial, también llamada bioingeniería o bioprocesos.
  171. 171.  La biotecnología industrial es una disciplina de carácter horizontal que combina amplios conocimientos científicos y tecnológicos e implica la utilización de diversas técnicas: ADN recombinante, cultivo de células y tejidos, etc. Para la intervención de la solución de problemas asociados a productos y procesos de múltiples sectores de actividad: agropecuario, alimentos, textil, salud, celulosa y papel, medio ambiente, entre otros.
  172. 172.  Para ello es necesario contar con conocimientos específicos de los diferentes procesos tecnológicos y los problemas asociados que atañen a los sectores productivos en materia biotecnológica.
  173. 173.  La utilización de los diferentes tipos de biotecnologías reporta múltiples beneficios en simplificación de procesos, mejoras en la calidad de los productos, menor impacto ambiental, y ahorro de costos. También han permitido el desarrollo de nuevos productos. Por ejemplo, las tecnologías de ADN recombinante han permitido la producción de proteínas terapéuticas, que serían económicamente inviables de obtener por métodos extractivos.
  174. 174. Sistemas abiertos y cerrados. Cuando hablamos de bioingeniería, se hace mención al usos de microorganismos como materia prima, pero también es necesario hablar de métodos de transporte (calor, movimiento, masa), así como de leyes termodinámicas para entender y aplicar tecnología de punta que nos permita usar a los moos para nuestro beneficio.
  175. 175.  La termodinámica, ciencia que estudia el calor, el trabajo, la energía y los cambios que ellos producen en los sistemas, nos permite estudiar y desarrollar tecnología usada en bioprocesos.
  176. 176.  En términos termodinámicos, un sistema se define como la parte del universo que es nuestro objeto de estudio y la parte que puede interaccionar con este se denomina medio ambiente (o alrededores).
  177. 177.  Un sistema, se puede clasificar en:I. Sistema abierto: es aquel sistema en el que se puede transferir materia entre el sistema y sus alrededores.II. Sistema cerrado: es aquel sistema donde no es posible tal transferencia.
  178. 178.  Una clasificación especial son los sistemas aislados, estos son sistemas que no interacciona de ninguna forma con su medio ambiente, obviamente un sistema aislado es un sistema cerrado, pero este ultimo no siempre es aislado.
  179. 179. ¿Cómo es posible esto? En un sistema aislado no puede darse transferencia de materia y energía entre el sistema y sus alrededores. En un sistema cerrado es posible transferir energía pero no materia, y en uno abierto pueden intercambiarse tanto materia como energía. Un sistema termodinámico será entonces abierto o cerrado y aislado o no aislado.
  180. 180. Fermentadores El objetivo de la biotecnología es obtener productos metabólicos útiles a partir de materiales biológicos. La biotecnología comprende dos fases distintas: la fermentación y la recuperación de los productos. La fermentación es un proceso mediante el cual ocurren reacciones químicas debido a la presencia de microorganismos o enzimas de estas.
  181. 181.  En los procesos industriales, las fermentaciones se llevan a cabo en un reactor que se conoce como fermentador. De manera general, podemos decir que un fermentador es aquel lugar físico donde ocurre la fermentación.
  182. 182.  Esta definición provee para considerar un fermentador tanto aquel que está equipado con modernos sistemas computadorizados de control de parámetros (tales como el pH y la temperatura), como un envase simple de yogurt donde se fermente este producto.
  183. 183.  Los fermentadores pueden utilizarse en uno de tres modos comunes de operación:I. De tanda, discontinuo o batchII. De "fed-batch” o alimentadoIII. De modo continuo
  184. 184.  El más común es el fermentador en tanda (batch), en este una cantidad fija de materia prima se prepara y se introduce en el fermentador. El fermentador se inocula con el microorganismo seleccionado y el proceso de fermentación ocurre durante un período de tiempo específico. Luego de terminada la fermentación, el producto fermentado se extrae del mismo finalizando el proceso.
  185. 185.  Las fermentaciones en tanda se pueden realizar generalmente en una de dos formas: con agitación y sin agitación.
  186. 186.  En el “fed-batch”, se introduce parte de la materia prima a procesarse al principio del proceso. Se inocula la misma con el microorganismo seleccionado comenzando el proceso de la fermentación. Posteriormente y utilizando un criterio preestablecido para la razón de alimentación, el resto de la materia prima se añade durante el tiempo de la fermentación.
  187. 187.  Dentro de esta modalidad de fermentación existen dos tipos principales: la incremental y la de volumen fijo. En la primera la concentración de sustrato de la alimentación es igual o mayor a la concentración que había en el fermentador al comienzo del proceso. El volumen del medio dentro del fermentador aumenta significativamente durante el proceso de alimentación y de ahí el nombre de fermentación "incremental".
  188. 188.  En las fermentaciones "fed-batch" de volumen fijo, la concentración de sustrato de alimentación es tan alta que no hay que añadir grandes cantidades de esta, lo que resulta en que no ocurran cambios significativos de volumen. En la fermentación "fed-batch" de volumen fijo, moléculas de sustrato van ocupando los espacios vacios disponibles entre las moléculas de soluto en la mezcla que se fermenta.
  189. 189.  En el modo continuo, se opera el fermentador con una razón de alimentación de sustrato de igual magnitud a la razón de extracción de producto, por lo cual el volumen de operación del reactor se mantiene constante. Esto permite operar el fermentador por prolongados períodos de tiempo sin la necesidad de preparar inóculos continuamente y eliminando repetidos períodos de propagación de masa celular que consumen gran cantidad de tiempo
  190. 190. Tipos de fermentadores.
  191. 191. ¿Son los únicos tipos de fermentadores? No, existen fermentadores especialmente diseñados para operar de forma continua como lo son el fermentador de torre (tower fermentor) y el de células inmovilizadas.
  192. 192.  El fermentador de torre es un tubo que se extiende longitudinalmente hacia arriba y posee diámetros diferentes en algunas partes del cilindro. El microorganismo a utilizarse en este tipo de fermentadores debe ser uno capaz de sedimentar rápidamente.
  193. 193.  La alimentación en este tipo de fermentadores realiza por la parte inferior y el producto se extrae del tope del mismo. La diferencia en diámetros y una razón de alimentación adecuada permiten que el microorganismo sedimente manteniéndose en la parte inferior del mismo.
  194. 194.  El fermentador de células inmovilizadas es usualmente en forma tubular con una matriz porosa en su interior, la cual es tratada químicamente para que las células del microorganismo seleccionado se adhieran a las paredes de los poros. Luego de permitir el crecimiento de las células de microorganismo dentro de la matriz, la alimentación se introduce al reactor y la misma mantiene contacto con las células de microorganismo mientras esta pasa a través de los poros. La velocidad de la alimentación debe ser adecuada para que el sustrato mantenga suficientemente tiempo de contacto con las células adheridas y reaccione totalmente.
  195. 195. Sistemas de control Los fermentadores pueden estar equipados con diversos mecanismos de control que permiten mantener las condiciones adecuadas para que las enzimas de los microorganismos operen a condiciones óptimas. Los parámetros comunes que usualmente se controlan en los fermentadores son la temperatura, el pH y la razón de oxígeno disuelto.
  196. 196. Sistema de control de temperatura El fermentador está rodeado de un revestimiento conocido como "abrigo o chaqueta" que junto a un sistema de mezclado permite una distribución de temperatura similar en todas las partes del líquido fermentándose. En este sistema, un sensor se utiliza para medir la temperatura dentro del fermentador. La señal eléctrica es recibida por una unidad de control que determina si la temperatura esta dentro de un rango adecuado o si la misma está más alta o más baja de lo prevista.
  197. 197.  Dentro de unos parámetros establecidos para la desviación, el controlador activará la válvula de vapor en caso de requerirse aumentar la temperatura; en el caso de que se requiera una disminución de temperatura, se activará la válvula que permite el paso de agua fría; por último, en el caso en que la temperatura se encuentre dentro del rango aceptable, tanto la válvula de vapor como la de agua fría permanecerán cerradas.
  198. 198. Sistema de control de pH En el caso de un sistema de control de pH, un sensor se utiliza para establecer la medida de pH en el liquido fermentado. La señal eléctrica del sensor es recibida por el controlador que determina la acción a seguir según el valor de pH y el rango de operación de esta variable de control.
  199. 199.  Si el pH es más bajo que el permitido en la lógica de control, el controlador activará la bomba de base introduciendo medio alcalino que permita subir el pH. En el caso de que el pH sea más alto de lo establecido en el criterio de control, se activará la bomba de ácido y el pH bajará. En el caso de que el pH esté dentro del rango permitido, ambas bombas permanecerán desactivadas.
  200. 200. Sistema de control para el oxígeno disuelto En el caso de que una fermentación sea aeróbica, se requiere un sistema de control para el oxígeno disuelto. Los sistemas de control de oxígeno disuelto tienen un sensor y un controlador al igual que otros sistemas de control. En estos casos se establece una cantidad mínima de oxígeno disuelto en la cual se activarán elementos de control para aumentar la cantidad de oxígeno presente en el medio.
  201. 201.  Estos elementos pueden ser compresores o válvulas de aire. También los sistemas de control de oxígeno disuelto pueden aumentar la velocidad de agitación, causando turbulencia lo que ayuda a exponer más área de superficie del líquido al aire y así aumentar la transferencia de oxígeno al medio
  202. 202. ¿Son los únicos sistemas de controlque se toman en cuenta? No, similar a lo anterior funcionan otros sistemas de control. Por ejemplo, en ocasiones es necesario que el fermentador tenga algún tipo de sistema que controle la formación de espuma (anti-foam control system). Estos sistemas pueden ser mecánicos o pueden añadir algún compuesto químico (antiespumante) que disminuya la tensión superficial del medio en que se fermenta, evitando la acumulación de espuma.
  203. 203. Sistemas de homogenización Agitación y mezclado. La agitación es la operación que crea o que acelera el contacto entre dos o varias fases. Una fermentación microbiana puede ser considerada como un sistema de tres fases, que implica reacciones líquido-sólido, gas-sólido y gas- líquido.I. La fase líquida contiene sales disueltas, sustratos y metabolitos. Puede existir, en algunos casos, una segunda fase líquida si existe un sustrato inmiscible en agua como por ejemplo los alcanos.
  204. 204. II. La fase sólida consiste en células individuales, micelios, sustratos insolubles o productos del metabolismo que precipitan.III. La fase gaseosa proporciona un reservorio para el suministro de oxígeno, para la eliminación del CO2 o para el ajuste del pH con amonio gaseoso.
  205. 205.  Una adecuada agitación de un cultivo microbiano es esencial para la fermentación ya que produce los siguientes efectos en las tres fases:a. Dispersión del aire en la solución de nutrientes.b. Homogeneización, para igualar la temperatura, pH y concentración de nutrientes, en el fermentador.c. Suspensión de los microorganismos y de los nutrientes sólidos.d. Dispersión de los líquidos inmiscibles.
  206. 206.  Bajo esta concepto, se podría concluir que cuanto mayor sea la agitación, mejor será el crecimiento. Sin embargo, la agitación excesiva puede romper las células grandes e incrementar la temperatura lo que ocasiona un descenso en la viabilidad celular. Por lo tanto, se debe conseguir un balance entre la necesidad del mezclado y la necesidad de evitar el daño celular.
  207. 207.  Los diferentes tipos de agitación que se utilizan en las fermentaciones se incluyen dentro de las siguientes clases:1) Agitadores rotativos, los cuales tienen un sistema interno mecánico de agitación.2) Columnas de burbujas, la agitación se realiza mediante la introducción de aire a sobrepresión.
  208. 208. 3) Sistema aero-elevado (airlift), que pueden tener un circuito interno o externo. La mezcla y circulación de los fluidos son el resultado de las corrientes de aire introducido, las cuales causan diferencias en la densidad dentro de las diferentes partes del fermentador.
  209. 209.  De estos tres tipos, el más utilizado es el primero ya que es más flexible en las condiciones de operación, es más fácil de conseguir comercialmente, provee una eficiente transferencia de gases a las células y es el tipo con el que se tiene más experiencia.
  210. 210. Reactor de mezcla completaagitado por tres impulsoresde turbina acoplados al ejede rotación.Normalmente se instalanentre 2 y 5 impulsores.
  211. 211.  El tanque agitado es muy flexible ya que puede manejar fluidos con viscosidades muy diferentes y satisfacer un amplio intervalo de requerimientos de transferencia de calor.
  212. 212. Intercambiadores de calor En las industrias de proceso, la transferencia de calor entre dos fluidos casi siempre se lleva a cavo en intercambiadores de calor. El tipo mas común es aquel en el cual el fluido caliente y el frio no entran en contacto directo uno con el otro, sino que están separados por una pared de tubos o una superficie plana o curva.
  213. 213.  La transferencia de calor se efectúa por convección desde el fluido caliente a la pared o la superficie de los tubos, a través de la pared de tubos o placa por conducción y luego por convección al fluido frio.
  214. 214.  Los intercambiadores de calor se clasifican en:I. Intercambiadores de calor de doble tubo.II. Intercambiadores de calor de tubos y coraza.III. Intercambiadores de flujo cruzado o transversal.
  215. 215.  Intercambiador de doble tubo: es el intercambiador mas simple que existe, uno de los fluidos fluye en el interior de una tubería y el otro lo hace en el espacio anular entre ambas tuberías. Los fluidos pueden circular en paralelo o en contracorriente. El intercambiador puede fabricarse con un simple par de tubos adaptando las conexiones en los extremos o con varios pares interconectados en serie.
  216. 216.  Este tipo de intercambiadores se usa para velocidades de flujo bajas.
  217. 217.  Intercambiadores de tubos y coraza: cuando se manejan flujos mas grandes se usa este intercambiador, los flujos de este intercambiador son continuos. Se usan varios tubos en paralelo con uno de los fluidos circulando en su interior. Los tubos están encerrados en una sola coraza y el otro fluido fluye por el exterior de los tubos dentro de la coraza
  218. 218.  El fluido frio entra y circula por los tubos en paralelo en un solo paso, mientras que el fluido caliente entra por el otro extremo y fluye a contracorriente por el exterior de los tubos. Se usan deflectores transversales de tal manera que el fluido se ve forzado a fluir perpendicularmente en lugar de hacer el paralelo, esta turbulencia adicional, aumenta el coeficiente de transferencia de calor.
  219. 219. Entrada del fluido caliente Salida del fluido caliente Entrada del fluido frio Salida del fluido frio
  220. 220.  Intercambiador de flujo cruzado o transversal: este tipo de intercambiador se usa para calentar o enfriar un gas como el aire. Uno de los fluidos (que es un liquido), fluye dentro de los tubos y el gas exterior fluye a través de los tubos por convección forzada o a veces por convección natural.
  221. 221.  El flujo de gas en el exterior de los tubos esta mezclado y dado que puede moverse libremente entre los tubos habrá una tendencia a que la temperatura del gas se iguale en la dirección normal al flujo. Este tipo de intercambiadores también se acostumbran a usar en aplicaciones de calefacción de espacios y aire acondicionado.
  222. 222. Concentradores Los concentradores, permiten concentrar el metabolito de interés una vez que se realizo el proceso de fermentación. La concentración se basa principalmente en la diferencia de los pesos específicos o densidades relativas de los materiales que se quieren separar.
  223. 223.  El concentrador mas utilizado es el concentrador en espiral o concentrador Humphreys. Consiste en un canalón en forma de espiral con una sección transversal semicircular modificada, la espiral estándar consiste en 5 vueltas completas (en algunos casos se pueden usar unidades de 3 vueltas), la gama optima de tamaños de partícula de la alimentación para las espirarles va de 2 a 0.074 mm.
  224. 224.  Conforme la suspensión de alimentación desciende por el canal en espiral, las partículas con el pesos especifico o densidad relativa mas elevada se hunden al fondo y se desplazan hacia el interior del canal. Las partículas de peso mas ligero se desplazan hacia el exterior y las lleva la corriente de suspensión mas diluida y rápida.
  225. 225.  En cada intervalo de 120º del canal hay aberturas u orificios circulares de concentrado cerca del borde interno,
  226. 226. Escalado de procesos Las siguientes consideraciones son de suma importancia al seleccionar o diseñar fermentadores para procesos controlados:1. El envase o contenedor en donde se realizará la fermentación debe ser capaz de ser operado asépticamente durante el tiempo en que la operación se realice. Esto es de vital importancia en procesos continuos.
  227. 227. 2. La aireación (o ausencia de esta) y la agitación deben realizarse de forma que se cumplan con los requerimientos metabólicos del microorganismo utilizado. El mezclado debe hacerse de forma que los nutrientes estén uniformemente distribuidos en el fermentador sin que esto conlleve daño físico al microorganismo. El aire debe estar filtrado para evitar la entrada de microorganismos en el polvo.
  228. 228. 3. El consumo de energía debe ser tan bajo como sea posible.4. Un sistema de control de temperatura debe ser provisto en prácticamente todas las operaciones controladas. La temperatura es un factor sumamente importante en todos los procesos de fermentación.
  229. 229. 5. Un sistema de control de pH debe ser provisto en la gran mayoría de las operaciones. En muchos casos, solo se requiere de un ajuste inicial de pH. Sin embargo, en medios que no tengan efectos amortiguantes, el control de pH es muy importante, en especial si pequeñas variaciones de pH afectan adversamente al microorganismo.
  230. 230. 6. El fermentador debe proveer algún tipo de sistema para un muestreo eficiente y que no promueva la contaminación del proceso.7. Las perdidas por evaporación deben ser mínimas.
  231. 231. 8. El diseño del envase (o tanque) debe considerar un fácil manejo para las operaciones de limpieza y mantenimiento. Las paredes del envase (o tanque) deben ser pulidas, es decir, no deben tener porosidad que dificulte la limpieza y sanitización.9. En el caso de fermentadores industriales que se instalarán basados en pruebas de planta piloto, se recomienda el uso de envases con la misma forma (o geometría).
  232. 232. 10. Los materiales de construcción deben ser resistentes a los compuestos que se generen durante el proceso y a la materia prima, sales, ácidos o bases que se añadan. Además deben ser materiales que no interfieran con las enzimas de los microorganismos que se utilicen. Usualmente los fermentadores se construyen de vidrio (en el caso de fermentadores de laboratorio) o de acero inoxidable.
  233. 233. 11. El tanque debe ser versátil para la aplicación de diversas modalidades de procesos.12. Las superficies internas del tanque deben ser lisas, utilizando, donde sea posible, soldaduras.13. Debe existir un servicio adecuado de repuestos para el fermentador
  234. 234. Unidad 6.Soluciones microbianas encasos específicos. El agua es el compuesto más abundante del planeta Tierra 510 millones de km2365 millones se encuentran cubiertos por los océanos, lagos, ríos. 97% corresponde al mar 3% restante se reparte en lagos y ríos. Aunque esta cantidad de agua dulce parece pequeña, es fundamental para la vida animal y vegetal.
  235. 235.  La contaminación del agua atenta no sólo contra la supervivencia de los seres que habitan en ella, también contra quienes hacen uso de estas fuentes contaminadas, sean seres humanos, animales o plantas.
  236. 236. Consecuencias Atenta contra la supervivencia de ecosistemas marinos  un peligro para la salud humana  ingesta directa de agua contaminada consumo de animales (peces, moluscos) contaminados.
  237. 237. Parámetros de calidad. El agua pura es un líquido incoloro, inodoro e insípido Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad. A una presión atmosférica de 760 mm de mercurio, el punto de congelación del agua es de 0° C y su punto de ebullición de 100°C. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4° C y se expande al congelarse
  238. 238.  Puede permanecer en estado líquido aunque su temperatura esté por debajo de su punto de congelación, se puede enfriar fácilmente a -25° C sin que se congele. Tiene un peso molecular de 18 gr/mol, resultado de la unión química de 2 átomos de H y uno de O..
  239. 239. Parámetros del agua de consumo En México existe la normatividad NOM-127 establecida por la Secretaria de Salud e indica los parámetros permisibles del agua para consumo humano. Los parámetros del agua son características físicas, químicas, biológicas y radiológicas que permiten detectar cual es el grado de contaminación que presenta el agua
  240. 240. Parámetros de CalidadParámetros físicos
  241. 241. Color El color es la capacidad del agua para absorber ciertas radiaciones del espectro visible. En general, el agua presenta colores inducidos por materiales orgánicos de los suelos como el color amarillento debido a los ácidos húmicos. La presencia de hierro puede darle un color rojizo y la del manganeso, un color negro.
  242. 242. Olor y Sabor Estos parámetros son determinaciones organolépticas y subjetivas, para dichas observaciones no existen instrumentos de observación, ni registros, ni unidades de medida Las aguas adquieren un sabor salado a partir de 300 ppm de Cl- y un gusto salado y amargo con más de 450 ppm de SO4-. EL CO2 libre en el agua le da un gusto “picante”. Trazas de fenoles u otros compuestos le confiere un olor y sabor desagradable.
  243. 243. Parámetros Químicos
  244. 244. Sulfatos El ión sulfato (SO4=), corresponde a sales moderadamente solubles a muy solubles. Las aguas dulces entre 2 y 250 ppm y el agua de mar alrededor de 3000 ppm. El agua pura se satura de SO4Ca a unas 1500 ppm. En cantidades bajas no perjudica seriamente
  245. 245. Nitratos Las aguas normales tienen menos de 10 ppm y el agua de mar hasta 1 ppm. Aguas de riego con contaminación por fertilizantes pueden tener hasta centenares de ppm. Su presencia junto con fosfatos en aguas superficiales provocan la aparición de un excesivo crecimiento de algas
  246. 246. Fosfatos El ión fosfato (PO4-3) en general forma sales muy poco solubles y precipita fácilmente como fosfato cálcico. Como procede de un ácido débil contribuye a la alcalinidad del agua. No suele haber en el agua más de 1 ppm, salvo en los casos de contaminación por fertilizantes fosfatados.
  247. 247. Parámetros bacteriológicos
  248. 248. Introducción al tratamiento delagua Características de las aguas superficiales y aguas residuales. El agua contiene sustancias químicas, físicas y biológicas disueltas o suspendidas en ella. Desde el momento en que se condensa en forma de lluvia, el agua disuelve los componentes químicos de sus alrededores a medida que cae a través de la atmosfera. Corre sobre la superficie del suelo y se filtra a través del mismo.
  249. 249.  Además el agua contiene organismos vivos que reaccionan con sus elementos físicos y químicos, por esta razón suele ser necesario tratarla a fin de hacerla adecuada para su uso. El agua que contiene ciertas sustancias químicas o moos puede ser perjudicial para determinados procesos industriales y al mismo tiempo perfectamente idónea para otros.
  250. 250.  El agua se evalúa en cuanto a calidad en términos de sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas. Por lo que es necesario que las pruebas que se utilizan para analizarla en relación con cada una de esta propiedades produzcan resultados congruentes y tengan aceptación universal, a fin de que sean posibles las comparaciones significativas con los estándares de calidad del agua.
  251. 251.  Aunque cada país establece los parámetros de calidad del agua, por lo general se basan en los estándares de calidad establecidos en los Standard Methods for the Examination of Water and Wastwater (Métodos estandarizados para la exanimación de agua y aguas residuales), estos estándares fijan los limites permisibles que se siguen en EU, Canadá y la OMS.

×