Biologia 2n Batxillerat. UD17. Microorganismes, malalties i biotecnologia

5,629 views

Published on

Presentació del tema 17 de l'assignatura de biologia de 2n de batxillerat.
Presentació preparada amb el llibre de 2n de Batxillerat Santillana i altres materials.

Published in: Education
0 Comments
5 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
5,629
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
992
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
5
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Biologia 2n Batxillerat. UD17. Microorganismes, malalties i biotecnologia

  1. 1. UNITAT 17 Microorganismes:malalties i biotecnologia 1
  2. 2. Què estudiarem?1. Els microorganismes patògens2. Les malalties infeccioses3. Estudi i control dels microorganismes4. La biotecnologia microbiana5. Els microorganismes i els cicles biogeoquímics 2
  3. 3. 1. Els microorganismes patògens• Molts microorganismes parasiten altres organismes provocant-los un prejudici.• Les malalties infeccioses tenen el seu origen en aquesta relació interespecífica.• Es la cara negativa dels microorganismes.• El cos humà està format per unes 1014 cèl·lules, de les que, aproximadament, el 10% son humanes, la resta són microorganismes associats.• En la seva gran majoria aquests microorganismes no són patògens.• La flora normal pot arribar a ser localment molt abundant. Exemple: l’intestí gruixat té al voltant de 1011microorganismes/gram. 3
  4. 4. • Microorganisme patogen: – Aquell que causa una malaltia. – Exemple: Mycobacterium tuberculosis (bacil de Koch), causant de la tuberculosis.• Flora microbiana (microbiota normal): – Viu en el nostre organisme sense perjudicar-nos. – Exemple: Enterobacteris intestinals o estafilococs de la pell.• Patògens oportunistes: – Habitualment no provoquen cap malaltia, però en situacions de debilitament immunitari si ho fan. – Exemple: Candida albicans, llevat. 4
  5. 5. 5
  6. 6. 1.1. Malalties infeccioses• Alguns conceptes sobre malalties infeccioses: – Epidèmia: Molts casos dindividus malalts de la mateixa malaltia en una comunitat determinada o una àrea geogràfica petita. – Pandèmia: Malaltia infecciosa distribuïda per una zona extremadament àmplia de la Terra. – Malaltia endèmica: Afecta de manera constant a una comunitat determinada però amb una incidència no gaire alta en la població. 6
  7. 7. – Zoonosis: Es produeix primàriament en animals com el bestiar boví, els porcs, els gossos, els ratpenats i els conills. Pot transmetre secundàriament a lespècie humana.– Reservoris: Llocs on els microorganismes patògens poden sobreviure fora dels hostes i des don poden iniciar la infecció. En alguns casos, el reservori i la font d’infecció són el mateix organisme. 7
  8. 8. – Vectors: Éssers vius que són imprescindibles per a la transmissió del microorganisme patogen fins a lhoste definitiu. Exemple: Mosca tse-tse es vector del Trypanosoma que causa la malaltia de la son.– Individus portadors: Persones que, tot i no tenir símptomes de la malaltia, duen a linterior el microbi patogen i són, per tant, transmissors potencials de la malaltia.– Quarantena: Aïllament o limitació de moviments de persones i animals que estan infectats. 8
  9. 9. – Patogenicitat: Capacitat d’un microorganisme de produir una malaltia.– Virulència: Grau de patogenicitat d’un microorganisme.– Infecció: Proliferació de microorganismes patògens en alguna part del cos d’una persona, animal o planta. Exemples: faringitis, infecció de la faringe; pneumònia, infecció de pulmó.– Septicèmia: Presencia de bacteris en sang, amb infecció generalitzada en tot el cos. 9
  10. 10. 1.2. Infecció microbiana• El primer pas que fa un microbi quan infecta un ésser viu és adherir-se a les cèl·lules de lhoste. En aquesta adherència sol haver especificitat dhoste i de teixits.• Alguns microbis patògens poden produir efectes nocius quan es troben fixos a les superfícies dels teixits, la situació més freqüent és que penetrin a través dels epitelis mitjançant petites ruptures.• Inicialment es produeix un focus dinfecció situat molt a prop del lloc dentrada del microbi, on aquest es localitza i es reprodueix.• Després els microbis accedeixen a la circulació sanguínia, a les vies limfàtiques i als ganglis limfàtics, on comença la defensa immunològica.• Quan accedeixen a la circulació sanguínia poden afectar a altes parts del cos. 10
  11. 11. 1.3. Factors de virulència• El factor de virulència és el mecanisme pel qual els microorganismes són patògens (degut a les substàncies amb efectes tòxics que ells produeixen).• Els principals tipus són: – Toxines: Són substàncies produïdes per microorganismes, principalment bacteris, que tenen efecte tòxic o verinós en els teixits de lhoste. • Exotoxines: Solen ser proteïnes que tenen una gran especificitat per a determinats teixits. • Endotoxines: Són molècules estructurals de la membrana de la paret cel·lular dels bacteris Gram -. 11
  12. 12. – Enzims extracel·lulars: Els més representatius són la hialuronidasa, la coagulasa, la lecitinasa, la leucocidina i les hemolisines. • La hialuronidasa és produïda per bacteris com Sthaphylococcus aureus i Streptococcus pyogenes. Hidrolitza l’àcid hialurònic que debilita la cohesió entre cèl·lules i facilita la invasió. • Clostridium perfingens secreta lecitinasa que hidrolitza els lípids de membrana de la cèl·lula hoste. • Alguns Staphylococcus produeixen coagulases que transformen el fibrinogen del plasma sanguini en fibrina, que envolta els bacteris i els protegeix de l’acció de macròfags sanguinis. 12
  13. 13. 2. Les malalties infeccioses• Les malalties infeccioses es poden classificar en funció dels microorganismes que les provoquen o segons el mitjà pel qual son transmeses.• Les malalties es transmeten per: – Contacte directe. – A través de l’aire. – Per via sexual. – Per l’aigua o els aliments. – Per animals. 13
  14. 14. 2.1. Malalties transmeses per contacte directe• Els microorganismes aprofiten les escletxes de la pell (ferides o incisions) per envair els hostes.• Per prevenir és important tractar les ferides amb agents desinfectants.• Les més importants són: – Ràbia: • Malaltia vírica (produïda per Rhabdovirus), que ataca al sistema nerviós. • Es transmet per mossega da de gossos, ratpenats,etc. • Els símptomes apareixen a les vuit setmanes (febre, al·lucinacions, etc). 14
  15. 15. – Tètanus: • Malaltia del sistema nerviós produïda pel bacteri Clostridium tetani. • Produeix una potent endotoxina (la mortalitat és superior al 50%).– Dermatomicosi: • Causat per fongs dermatòfits que provoquen lesions a la pell (es tracta amb fungicides).– Gangrena gasosa: • Infecció bacteriana que produeix gasos dintre del teixit gangrenat. • És una forma mortal de gangrena produïda per Clostridium perfringens. 15
  16. 16. 2.2. Malalties transmeses a través de l’aire• Molts microorganismes es transmeten per l’aire; la persona sana es contagia inhalant microorganismes presents a l’aire.• Els patògens procedeixen de la tos, esternuts o per petites gotes alliberades per la persona malalta.• Les més importants són: – Refredat comú (Rhinovirus). – Grip (Ortomixovirus). – Xarampió (Paramixovirus). – Galteres (Paramixovirus). – Varicel·la (Varicela-zoster). – Faringitis (Streptococcus pyogenes o Haemophilus influenzae). – Tuberculosi (Mycobacterium). – Pneumònia (Bacteris, virus, fongs o paràsits). – Diftèria (Corynebacterium diphtheriae). 16
  17. 17. • Les que estudiarem són: – Refredat comú: • Afecta als epitelis de les fosses nasals i de la faringe. • Provoca congestió nasal, tos, febre, etc. – Grip: • Infecta les vies respiratòries superiors i a vegades el pulmó. • Provoca febre alta, dolors de cap, fatiga, etc. – Xarampió: • Ataca a les vies respiratòries. • Provoca tos, febre, enrogiment d’ulls, etc. – Galteres: • Infecció al conducte respiratori superior i inflamació de les glàndules salivals. • Pot afectar a testicles, pàncrees i cervell. 17
  18. 18. 2.3. Malalties transmeses per via sexual • Clàssicament conegudes com venèries (Venus, deessa de l’amor). Actualment són conegudes com a malalties de transmissió sexual (MTS). • Malalties esteses arreu del món, amb rellevància epidemiològica. • Sobretot afecten a la població adolescent-jove fins als 30 anys. • La majoria tenen tractament. • Algunes delles, com les produïdes per virus, mai curen de manera definitiva. • No només es transmeten per via sexual. 18
  19. 19. • Les més importants són: – Sida: • Provocada pel retrovirus VIH. • Ataca als limfòcits T i els destrueix provocant la disminució de les defenses i causant múltiples infeccions a l’organisme que poden conduir a la mort. • Té una fase asimptomàtica que pot durar anys. • Tot i que en els darrers anys hi ha hagut avanços, encara no és pot curar. – Herpes genital: • Provocada pel Herpesvirus. • Causa infeccions i butllofes a l’anus, uretra, vagina i penis. • De moment és incurable però existeixen medicaments que alleugen els efectes. – Hepatitis B : • Causada pel Picornavirus. • Afecta a les cèl·lules del fetge alterant el funcionament d’aquest òrgan i provocant nàusees, vòmits, febre i engroguiment de la pell. • Es contagia a través de transfusions sanguínies, xeringues i agulles contaminades i en el naixement. 19
  20. 20. – Gonorrea: • Causada pel bacteri Neisseria gonorrhoeae. • Provoca la inflamació de la mucosa vaginal de la dona i a l’home provoca infecció del canal uretral causant dolor a l’hora d’orinar. • Pot causar esterilitat en l’home.– Sífilis: • Causada pel bacteri Treponema pallidum. • Provoca lesions a la pell, als genitals i a altres zones del cos. • Si s’estén pot afectar el sistema nerviós (bogeria) i els vasos sanguinis.– Candidiasi vaginal. • Causada pel fong Candida albicans. • Inflamació de les parets de la vagina i uretritis a ambdós sexes.– Tricomonosi: • Causada pel protozou Trichomona vaginalis. • Infecció a la uretra en ambdós sexes. • A la dona provoca vaginitis i dolor en orinar i a l’home infecció de la pròstata i de les vesícules seminals. 20
  21. 21. 2.4. Malalties transmeses per l’aigua o els aliments• Les malalties infeccioses transmeses per l’aigua o els aliments es poden contraure per: – Proliferació del microorganisme patogen a l’animal que s’ingereix. – Ingestió de les toxines que ha produït el microorganisme (sense necessitat de que hi estigui present el microorganisme patogen).• La major part d’aquestes malalties afecten al tracte digestiu (en menor part afecten al cor, sistema nerviós, etc). 21
  22. 22. • Aquests microorganismes es solen trobar de manera natural en els aliments que ingerim: – Grans de cereals: • Floridures i llevats que passen al pa en el procés d’elaboració. – Carns: • Mal manipulades o conservades. • El més habitual Trichinella spiralis, que causa la triquinosi. – Peix fresc i marisc: • Enterobacteries, virus i cucs com l’Anisakis. – Llet fresca: • En el processament manual, transport o emmagatzematge pot incorporar bactèries com E. coli, Salmonella, Staphylococcus, Lactobacillus o Acinetobacter. – Sucs, espècies i condiments: • Poden contenir bacteris (Bacillus, Clostridium o Pseudomonas) i fongs (Aspergillus, Saccharomyces, Candida, etc.) 22
  23. 23. Anisakis Salmonella E. coliClostridium Candida Pseudomonas 23
  24. 24. • L’emmagatzematge inadequat dels aliments i les condicions sanitàries en el transport, manipulació i cuinat dels aliments pot causar malalties infeccioses.• Principals malalties transmeses per laigua i els aliments: – Disenteria amèbica o amebiasi: • Es produeix pel protozou Entamoeba histolytica a través de l’aigua o d’aliments contaminats. – Poliomielitis: • Afecta a la faringe i a l’intestí i està provocada pel Poliovirus. • Els casos greus causa paràlisi de cames. – Hepatitis A: • Inflamació del fetge causada pel Picornavirus. – Botulisme: • Malaltia produïda pel bacteri Clostridium botulinum i que afecta al SNC provocant visió doble, dificultat en parlar i paràlisi del diafragma. – Salmonel·losi: • Causada per la proliferació del bacteri Salmonella spp i que provoca diarrees i vòmits. • Es transmet a través dels ous, la llet i els seus derivats. 24
  25. 25. Disenteria amèbica o amebiasi 25
  26. 26. 2.5. Malalties transmeses per animals• Certs animals poden contagiar malalties, picant o contaminant aliments.• Els animals vectors poden ser de dos tipus: – Vectors mecànics: Transporten els microorganismes en certes zones del cos, com les potes, els apèndix bucals, etc. – Vectors biològics: Transporten el microorganisme i, a més aquest desenvolupa part del cicle vital dins seu. 26
  27. 27. Vector biològic 27
  28. 28. • Les principals malalties infeccioses transmeses per animals són: – Febre groga: • El mosquit Aedes aegypti porta el virus Flavivirus a la saliva i el transmet per picades. • Infecta el fetge, el ronyó i altres òrgans. – Pesta: • Provocada pel bacteri Yersinia pestis que transmeten el rosegadors salvatges i les rates. • Infla els ganglis, taques a la pell, deliri i mort. – Febre de les muntanyes rocalloses: • Provocada pel bacteri Rickettsia rickettsi, un paràsit intracel·lular, transportar per les caparres dels gossos. • Causa febres i mals de cap. – Malaltia de la son: • Provocada pel protozou Tripanosoma brucei transmès per la mosca tse-tse. • Afecta el SNC i causa la pèrdua de forces musculars. – Malària o paludisme: • El mosquit Anopheles es vector pel protozou Plasmodium. • Causa febres, calfreds, anèmia i dolors de cap i musculars. 28
  29. 29. 29
  30. 30. 3. Estudi i control dels microorganismes• Per poder examinar els microorganismes és necessari utilitzar una sèrie de tècniques que en permeten l’aïllament, el cultiu i l’estudi en condicions controlades al laboratori. 30
  31. 31. 3.1. Medis de cultiu• Amb els cultius bacterians es pretén fer créixer en el laboratori una determinada espècie que permeti, per exemple, la seva identificació.• Per fer créixer bacteris és necessari un medi de cultiu adequat que aporti tots els requeriments nutricionals (aigua, sals minerals, glúcids, etc.).• A més a més, s’han de controlar altres aspectes com la temperatura, presència o absència d’oxigen, pH, potencial redox, temps de creixement, etc 31
  32. 32. • Els medis de cultiu poden ser de dos tipus: – Medis líquids o brous de cultiu: Nutrients líquids que s’introdueixen en tubs d’assaig. – Medis sòlids: Solució de nutrients líquids amb agents gelificants (agar-agar). 32
  33. 33. • Els medis de cultiu poden ser: – Generals: En ells creixen la majoria de bacteris. Exemple: LB-agar. – Selectius: S’afegeix al medi un determinat compost que inhibeix el creixement de bacteris que no ho toleren i permet el creixement d’aquells que ho toleren. Exemple: sals biliars per Gram +. – Diferencials: Aquells en que una determinada espècie creix d’una determinada manera que permet identificar-la. Exemple: Transformant el color en el medi. – Enriquits: Per bacteris que necessiten components especials. Exemple: Agar sang. 33
  34. 34. • Les proves API són un sistema estandarditzat per lidentificació de bacteris.• Consisteix en una plantilla amb microtúbuls amb medis de cultiu que permet l’estudi d’unes 20 proves metabòliques a partir d’una única colònia bacteriana. 34
  35. 35. 3.2. Creixement d’un cultiu bacterià• El creixement bacterià té diverses fases: – 1. Latència: no hi ha augment de població (adaptació al medi). – 2. Exponencial o logarítmica: fase de creixement (la població es duplica en cada generació). – 3. Estacionària: Hi ha un equilibri entre reproducció i mort cel·lular. – 4. Decliu o mort: La població decreix per falta de nutrients i acúmuls de productes tòxics (creats pel seu propi metabolisme). 35
  36. 36. Curva de crecimiento de un cultivo bacterianoLogaritmo del número de células viables 2 3 4 1 Tiempo de incubación en minutos 36
  37. 37. 3.3. Control dels microorganismes• Les substàncies que actuen contra microorganismes s’anomenen agents antimicrobians.• Hi ha dues categories, segons l’efecte que provoquen en els microbis: – Microbicides: maten els microorganismes. – Microbiostàtics: inhibeixen el creixement.• En funció de la naturalesa de l’agent antimicrobià es pot diferenciar entre: – Agents antimicrobians físics. – Agents antimicrobians químics. 37
  38. 38. 3.3.1. Agents antimicrobians físics• Basats en processos físics: – 1. Esterilització o exposició a altes temperatures: • S’utilitza per eliminar tota forma de vida (inclòs espores) d’un determinat ambient, medi o instrument. • Es basa en fer un tractament a altes temperatures durant un determinat període de temps. • No tots els microorganismes tenen la mateixa resistència a altes temperatures. • Protozous i fongs moren entre 50 i 70ºC i bacteris entre 70 i 100ºC. 38
  39. 39. • Es poden distingir dos tractaments, segons el tipus de calor:• Calor humida: produeix desnaturalització i coagulació de les proteïnes microbianes. Hi ha dos tipus: – Esterilització clàssica: 120ºC durant, aproximadament, 30 min. Exemple: autoclau, pots en conserves, etc. – Esterilització tipus UHT: 140ºC durant 3 segons. Conserva el gust i la quantitat de vitamines en els aliments però es conserva menys temps.• Calor seca: Origina l’oxidació dels components cel·lulars. Exemple: estufa. 39
  40. 40. – Pasteurització: • S’utilitza per eliminar la majoria dels microorganismes dels aliments sense perdre les principals característiques de sabor o aroma. • S’eleva la temperatura com a màxim a 80ºC durant uns 15-20 segons i desprès es refreda.– Tractament a temperatures per davall del punt de congelació: • Es un tractament bacteriostàtic. • Conserva els aliments, fàrmacs, etc.– Radiacions electromagnètiques: • Radiacions ionitzants: Ionitzen el DNA i les proteïnes, alterant la seva composició química. • Radiacions no ionitzants: Absorbida per les molècules de DNA creant mutacions, inhibint o alterant la seva duplicació.– Filtració de fluid o gas: • Filtres microporosos que deixen passar el líquid o el gas, però retenen els microorganismes. 40
  41. 41. 3.3.2. Agents antimicrobians químics• Basats en l’ús de químics. Es poden diferenciar: – Esterilitzants: Destrueixen formes microbianes presents a les superfícies. Exemples: formaldehid o glutaraldehid. – Desinfectants: Eliminen microorganismes, però no les espores. Es solen utilitzar per tractar superfícies. – Antisèptics: Eliminen microbis presents a les ferides. Exemples: Etanol 70%, aigua oxigenada, etc. – Agents quimioterapèutics: Substàncies amb toxicitat selectiva (només ataca als microorganismes que causen malaltia). N’hi ha de dos tipus: • Antibiòtics: Solen ser productes metabòlics de bacteris o fongs filamentosos. • Agents quimioterapèutics sintètics: Sulfonamides o sulfamides i quinolones que inhibeixen certes rutes metabòliques dels bacteris patògens, inhibint el seu creixement. 41
  42. 42. • Antibiòtics: – Tenen una composició molt variada, per lo que existeixen diferents famílies. – La producció d’antibiòtics per part d’aquests microorganismes suposa una forma de competència ecològica. – El seu mecanisme d’acció pot consistiren: • Inhibir la formació de la paret bacteriana (penicil·lina). • Alterar la membrana plasmàtica (polimixina). • Inhibir la síntesi d’àcids nucleics (rifampicina). • Competició amb metabòlits procariotes (sulfamides). – Un antibiòtic pot ser bacteriostàtic (inhibeix el creixement bacterià) o bactericida (mata altres bacteris). – Existeixen antibiòtics amb la capacitat de eliminar molts bacteris, reben el nom de antibiòtics d’ampli espectre. – La activitat bactericida d’un antibiòtic es calcula amb un antibiograma. – La concentració mínima d’antibiòtic necessari per inhibir el creixement bacterià es mesura amb la tècnica de concentració en tubs (concentració mínima inhibitòria). 42
  43. 43. 4. La biotecnologia microbiana• La biotecnologia microbiana inclou processos industrials que utilitzen microorganismes com a base per a obtenir productes d’utilitat per a les persones. 43
  44. 44. 4.1. Producció d’antibiòtics• La producció dantibiòtics ha crescut espectacularment des de la dècada dels cinquanta i té una gran importància en làrea de la medicina.• Es coneixen uns 800 antibiòtics deguts a Penicillium, Bacillus i Streptomyces.• Hi ha contribuït: – El descobriment despècies microbianes que tenen més capacitat de producció. – La millora dels medis de cultiu. – La selecció de soques mutants. – La millora en el mètode dextracció. 44
  45. 45. 4.2. Producció de vitamines, aminoàcids i enzims • Vitamines: – Algunes vitamines es fabriquen industrialment utilitzant els processos de fermentació microbians. – Exemple: producció de vitamina B12 per Pseudomonas i Propioni bacterium. • Aminoàcids: – Molts microorganismes poden sintetitzar aminoàcids a partir de precursors nitrogenats inorgànics com el sulfatamònic. • Enzims: – Diversos fongs i bacteris produeixen enzims en més quantitat dels que poden utilitzar, de manera que expulsen les molècules sobreres. – Exemple: amilases, proteases, renina, etc. 45
  46. 46. 4.3. Processos de fermentació• Els processos industrials que utilitzen els microorganismes com a base per lobtenció dels seus productes constitueixen lanomenada biotecnologia microbiana.• Les fermentacions a escala mundial es duen a terme en els anomenats fermentadors (dipòsits de diferent capacitat en els quals hi ha un líquid que és el medi de cultiu del microorganisme).• El medi de cultiu i els microbis industrials es barregen amb un sistema de pales intern que sanomena impulsor.• La transformació del substrat en el producte sanomena fermentació. 46
  47. 47. • Letanol: – És una de les substàncies més importants que sobtenen en els fermentadors industrials. – És un dissolvent orgànic utilitzat comunament en la indústria química. – És una substància pròpia de les begudes alcohòliques. – Les begudes alcohòliques s’obtenen de les fermentacions produïdes pels llevats: • Vi: Sacharomices cerevisae i S. ellipsoideus. • Sidra: S. apiclatus. • Cervesa i pa: S. cerevisae. Glucosa (C6H12O6) 2 etanol (CH3–CH2OH) + 2 CO2 47
  48. 48. • L‘àcid làctic: – És una molècula que poden produir bacteris, com Lactobacillus bulgaricus, degradant parcialment la lactosa. – Aquesta molècula té una gran varietat dusos: • Lactat de ferro en el tractament d’anèmia. • Lactat de calci pel tractament de deficiències de calci. • Lactat de sodi per fer substàncies plastificants. – El medi de cultiu es un líquid (sèrum de llet) constituït per una solució aquosa de lactosa, sals i vitamines.Lactosa (C12H22O11) + H2O 2 glucosa (C6H12O6) 4 ácido láctico (CH3–CHOH–COOH) 48
  49. 49. • L‘àcid acètic o vinagre: – La producció d’àcid acètic (vinagre) la duen a terme els bacteris Acetobacter o Gluconobacter. – Es produeix per una degradació incompleta de l’etanol (amb oxigen, per lo que no es una vertadera fermentació). – El substrat del que es parteix pot ser vi, sidra o alcohol etílic. 2 etanol (CH3–CH2OH) + 2 O2 2 ácido acético (CH3–COOH) + 2 H2O 49
  50. 50. 4.3.1. Exemples• Elaboració de vi: – S’obté per fermentació del suc de raïm (glucosa i fructosa), que dóna alcohol etílic i CO2.• Elaboració de cervesa: – Es dóna per fermentació alcohòlica de cereals (ordi).• Elaboració de pa: – Te lloc per una fermentació alcohòlica duta a terme per S. cerevisae.• Elaboració de formatge i iogurt: – Es dóna per una fermentació làctica que transforma els glúcids senzills de la llet en lactat. – Ho realitzen bacteris com Lactobacillus o Lactococcus. 50
  51. 51. 4.4. Microorganismes i control de plagues d’insectes• Recentment, alguns microorganismes s’han utilitzat com bioinsecticides degut a la seva capacitat entomopatògena (capacitat d’infectar els adults o larves d’insectes i matar-los o produir toxines).• Les toxines dels microbis entomopatògens no solen produir efectes nocius. 51
  52. 52. 4.5. Microorganismes i indústria alimentària• Alguns microorganismes no patògens poden contaminar els aliments de consum general.• Per aquesta raó s’ha establert un protocol d’anàlisi microbiològic d’aliments: – Determinar al grup al que pertanyen. – Tipus de metabolisme. – Quantificació de microorganismes a l’aliment (núm. màxim / mg o ml en cada aliment). – Preservació de l’aliment abans del consum.• Hi ha microorganismes que permeten l’elaboració d’aliments (fermentació del formatge, etc.). 52
  53. 53. 4.6. Microorganismes i enginyeria genètica• Enginyeria genètica: – Tecnologia que permet modificar el conjunt de gens d’un organisme introduint-hi gens que procedeixen d’un altre ésser viu (de la mateixa o diferent espècie).• Per realitzar una transferència de gens es necessita una cèl·lula donant (ex. cèl·lula humana) i una cèl·lula receptora (ex. cèl·lula bacteriana).• Quan la cèl·lula receptora rep el material genètic de la cèl·lula donadora, aquesta reprodueix l’expressió d’aquest material. 53
  54. 54. • Per transferir el material genètic d’una cèl·lula a una altra són necessàries les passes següents: – Obtenció de DNA donant: • Primer s’ha de localitzar el gen que es vol extraure. Per poder tallar el DNA s’utilitzen enzims de restricció (tant del material genètic de la cèl·lula donant com del plasmidi). – Tractament de DNA-lligasa (lligació): • Permet inserir el gen de la cèl·lula donadora en el plasmidi (plasmidi recombinant). – Transformació: • Els plasmidis recombinats s’uneixen als bacteris, obtenint bacteris modificats. – Clonació de gens: • Els bacteris modificats s’aïllen i es cultiven per obtenir clons.• Aquesta tècnica encara presenta alguns problemes: – Unions incorrectes del gen en el plasmidi. – Inestabilitat del plasmidi recombinant dins del bacteri. 54
  55. 55. 4.7. Microorganismes i depuració d’aigües residuals• A les plantes depuradores daigües residuals, el tractament secundari permet eliminar les substàncies orgàniques indesitjables amb lús de diferents microorganismes.• Aquests microorganismes digereixen la matèria orgànica de l’aigua de rebuig i després l’oxiden mitjançant reaccions de fermentació i respiració. 55
  56. 56. 5. Els microorganismes i els cicles biogeoquímics• Molts elements químics estan sotmesos a circuits cíclics anomenats cicles biogeoquímics.• El paper dels microorganismes en aquests cicles es basa en dos tipus de processos: – Descomposició de la matèria orgànica complexa morta en matèria orgànica senzilla. – Mineralització de la matèria orgànica en matèria inorgànica. 56
  57. 57. 5.1. Microorganismes i cicle del carboni • El carboni constitueix l’esquelet de totes les biomolècules orgàniques. – Els microorganismes fotòtrofs agafen el diòxid de carboni atmosfèric i fixen el carboni en molècules orgàniques (CH2O)n en presència de la llum. – Els microorganismes desintegradors duen a terme o bé una fermentació butírica (Bacillus amilobacter, Clostridium butiricum) per la qual descomponen restes vegetals o bé una fermentació pútrida (Bacterium linens, Clostridiums porogenes) on es descompon la matèria orgànica de tipus proteic. – Certs fongs utilitzen la cel·lulosa i la lignina com a font de carboni i energia produint substàncies orgàniques pudents i diòxid de carboni. – Els arqueobacteris poden produir metà . 57
  58. 58. Cicle del carboni 58
  59. 59. 5.2. Microorganismes i cicle del sofre• El sofre es sol trobar en les roques i els sediments en forma de minerals de sulfat (SO42-) o en forma de minerals de sulfit(S2-).• Els bacteris tenen un paper molt important en la transformació dels compostos de sofre: – Bacteris oxidants de sofre (Thiobacillus): oxiden el sofre elemental o el sulfur, produint sulfat (SO42-). – Bacteris reductors de sulfats (Desulfovibrio): utilitzen els sulfats (SO42-), en condicions anaeròbiques, com a acceptor d’electrons i el transformen en sulfurs (abundants en medis aquàtics).• Al sòl només certs bacteris, fongs i plantes poden utilitzar els sulfats i reduir-ho a sulfur d’hidrogen (H2S), d’aquesta manera, el sofre podrà ser incorporat a biomolècules com les proteïnes. 59
  60. 60. Cicle del sofre 60
  61. 61. 5.3. Microorganismes i cicle del ferro• En la matèria mineral, el ferro es troba en forma de compostos ferrosos o fèrrics.• En els éssers vius, el ferro forma part dalgunes molècules orgàniques (hemoglobina, citocroms, etc.).• Alguns bacteris anaerobis (Thiobacillus ferroxidans) són capaços de reduir els minerals de ferro en estat fèrric a ferrós. Aquesta reducció permet posar aquet element a disposició d’altres éssers vius.• La biolixiviacó o lixiviació microbiana consisteix en la reducció de metalls contaminants presents al sòl gràcies a l’acció dels microorganismes.• Una altra aplicació ambiental es la bioacumulació. Alguns microorganismes tenen la capacitat d’absorbir de l’ambient determinants compostos com metalls pesats (plom o cadmi) o elements radioactius (cesi) i per això són utilitzats com bioindicadors. 61
  62. 62. 5.4. Microorganismes i cicle del nitrogen • El nitrogen està a disposició dels éssers vius en forma de nitrats (NO3-) al sòl i a l’aigua i en forma gasosa (N2) a latmosfera. • En funció de l’etapa del cicle on intervenen els bacteris es classifiquen en: – Desintegradors. – Nitrificants del sòl. – Desnitrificants. – Fixadors de nitrògen. 62
  63. 63. • Bacteris desintegradors: – Són bacteris que degraden els compostos orgànics nitrogenats mitjançant fermentacions pútrides, produint amoníac. – Transformen en amoníac la urea i l’àcid úric que excreten els animals. – L’acció d’aquests microorganismes va enriquint els sòls amb amoníac (amonificació).• Bacteris nitrificants del sòl: – La nitrificació es la transformació de l’amoni en nitrats, mitjançant una oxidació aeròbica. – Es du a terme en dues fases: • Nitrosació: pas d’amoníac a nitrits (NO2-). Nitrosomones. • Nitratació: pas de nitrits a nitrats (NO3-). Nitrobacter. – Nitrobacter i Nitrosomones són bacteris descomponedors. – Com a resultat de la putrefacció dels organismes vius es produeix amoníac que les plantes no utilitzen; els bacteris nitrificants ho transformen en nitrats absorbibles. 63
  64. 64. • Bacteris desnitrificants: – La desnitrificació es la transformació de nitrats en nitrogen gasós. – Per una banda, aquets procés torna el nitrogen a l’atmosfera tancant el cicle i disminuint la quantitat de nitrats a l’aigua i per altra banda, empobreix els sòls.• Bacteris fixadors de nitrogen: – La fixació biològica del nitrogen consisteix en la transformació del nitrogen atmosfèric en amoníac o amoni del sòl. – Ho realitzen gràcies a l’enzim nitrogenasa: • En el sòl: Azotobacter, Clostridium. • En simbiosis amb plantes es troba el bacteri Rhizobium. • A l’aigua: Cianobacteris del fitoplàncton i fongs en simbiosis amb plantes. – Aquest procés és important per captar el nitrogen inert (inservible per la majoria dels organismes) i transformar- lo biològicament per la síntesi de proteïnes i àcids nucleics. 64
  65. 65. Cicle del nitrogen 65
  66. 66. 5.5. Microorganismes i cicle del fòsfor• El fòsfor es troba a les roques fosfatades de l’escorça terrestre.• Mitjançant meteorització química o dissolució s’alliberen fosfats (PO43-)que passen al sòl o a l’aigua on seran assimilats per les plantes.• Nombrosos microorganismes (descomponedors de matèria orgànica) incorporen els fosfats inorgànics del sòl i els solubilitzen en fosfats utilitzables per les plantes. 66
  67. 67. Cicle del fòsfor 67
  68. 68. 5.6. Microorganismes i degradació d’hidrocarburs• Alguns microorganismes aeròbics (bacteris, llevats i florits) són capaços dutilitzar els hidrocarburs com a font de matèria orgànica per al seu metabolisme.• Una aplicació interessant d’aquests microorganismes es la bioremediació, utilització d’organismes vius per eliminar contaminants ambientals (petroli, etc).• Un dels bacteris més utilitzats en bioremediació es el gènere Pseudomones; aquests bacils Gram – metabolitzen compostos orgànics contaminants, produint substàncies innòcues. 68

×