MICROBIOLOGÍA Y BIOTECNOLOGÍA
1. CONCEPTO DE MICROORGANISMO. DIVERSIDAD Y
CLASIFICACIÓN
La Microbiología es la rama de la biología que se encarga del estudio de los
microorganismos. Los microorganismos se definen como un extenso y variado grupo de
organismos que por su tamaño solo pueden observarse al microscopio, sea óptico o
electrónico. No son un grupo taxonómico ya que no tienen un origen evolutivo común.
Debido a su pequeño tamaño, tienen una serie de características comunes, que les
aportan algunas ventajas fisiológicas:
Su relación superficie/volumen es muy alta, de manera que el intercambio de
nutrientes con el medio es más eficiente que en una célula grande.
Su metabolismo es muy rápido.
Se reproducen con gran rapidez debido a su sencillez organizativa y metabólica.
Como consecuencia de todas las características citadas, presentan gran
capacidad de alterar el medio en que viven, por agotamiento de nutrientes o por
los productos de desecho.
CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
Existen 5 grupos de microorganismos: bacterias, algas, hongos, protozoos y formas
acelulares (virus, viroides y priones), por tanto tenemos una gran diversidad de
organismos, células eucariotas, procariotas…
En cuanto a su clasificación, a partir de estudios del ARNr en células procariotas se ha
establecido el árbol filogenético universal de la vida, o quizá mejor del mundo celular, ya
que no incluye virus.
Se divide en tres ramas principales que representan tres grupos evolutivos: Bacteria,
Archaea (Arqueobacterias) y Eukarya (eucariotas). Estos tres dominios se sitúan por
encima del nivel de reinos.
El dominio Bacteria son células procariotas con lípidos en su membrana.
Presentan además una pared celular con ácido murámico.
El dominio Archaea son también procariotas con lípidos en su membrana, pero su
pared celular carece de ácido murámico.
El dominio Eukarya son organismos eucariotas.
Clasificación de Wittaker y Margulis de los 5 reinos:
Reino Mónera. Organización procariota. Engloba Bacterias y Arqueobacterias.
Reino Protoctista. Organización eucariota.
Protozoos: eucariotas unicelulares heterótrofos, sin pared celular.
Algas: eucariotas autótrofos que realizan fotosíntesis oxigénica.
Reino Fungi (Hongos). Son organismos eucariotas y heterótrofos. Presentan
paredes rígidas formadas por quitina.
Reino Metafitas (plantas).
Reino Metazooos (animales).
CLASES DE MICROORGANISMOS
Arqueobacterias
Procariotas Eubacterias
MICROORGANISMOS o Protozoos
CON ORGANIZACIÓN o Algas
CELULAR Eucariotas microscópicas
o Hongos
microscópicos
Virus
MICROORGANISMOS ACELULARES Viroides
Priones
2. LOS MICROORGANISMOS Y SU RELACIÓN CON OTROS
ORGANISMOS
MUTUALISMO o SIMBIOSIS: es la relación que se establece entre dos organismos, en la
cual ambos salen beneficiados.
Los humanos tenemos bacterias que producen fermentaciones y sintetizan
vitaminas. La vitamina K2 es normalmente producida por una bacteria intestinal, y
la deficiencia dietaria es extremadamente rara, a excepción que ocurra una lesión
intestinal o que la vitamina no sea absorbida.
Los rumiantes para poder degradar la celulosa tienen en su estómago bacterias y
protozoos.Insectos xilófagos como las termitas utilizan protozoos para degradar
la celulosa y la lignina.
Micorrizas: relación entre hongos (del
griego mycos) y las raíces (rhizos) de Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
una planta para aumentar la absorción
de agua y sales minerales del suelo. En
este caso la planta recibe del hongo
principalmente nutrientes minerales y
agua, y el hongo obtiene de la planta
hidratos de carbono y vitaminas que él
por sí mismo es incapaz de sintetizar
mientras que ella lo puede hacer gracias
a la fotosíntesis y otras reacciones
internas.
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Nódulos radicales de leguminosas: asociación de bacterias del
género Rhizobium y leguminosas, donde se produce la fijación de
nitrógeno atmosférico.
El PARASITISMO es un tipo de relación interespecífica entre dos
organismos, en la que uno de ellos sale beneficiado (el parásito) y
otro sale perjudicado (el hospedador). Producen enfermedades
infecciosas.
MICROORGANISMOS SAPRÓFITOS son aquellos microorganismos que llevan a cabo
la descomposición de la materia orgánica mediante fermentaciones y putrefacciones,
que son muy importantes en el ecosistema, ya que reciclan esta materia para su
utilización por los productores. En ocasiones son importantes por su utilización industrial.
3. GRUPOS DE MICROORGANISMOS
3.1. BACTERIAS
1. CLASIFICACIÓN BACTERIANA
ARQUEOBACTERIAS
Las arqueobacterias constituyen un grupo muy heterogéneo que difiere profundamente de
las eubacterias en la composición química, siendo una de las características más notables
la ausencia de peptidoglucanos en su pared (les falta ac. murámico).
Se distinguen tres grupos:
Halobacterias. Habitan en ambientes fuertemente salinos, en los que confieren un
color rojo a las aguas sobresaturadas de sal. La especie tipo es Halobacterium
salinarium.
Metanógenas. Son anaerobios obligados que participan en las etapas finales de
descomposición de materia orgánica en pantanos, ciénagas y el tracto digestivo de
animales. Convierten el CO2 y el H2 formados por los procesos de fermentación de
otros anaerobios en gas metano.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
Termoacidófilas. Viven en aguas calientes y ácidas.
Las condiciones extremas a las que están adaptadas las arqueobacterias son similares a
las que debieron existir en la tierra primitiva; por ello se supone que debieron aparecer en
un momento muy temprano de la historia de la tierra.
EUBACTERIAS
Son las bacterias típicas. Se trata de microorganismos unicelulares procariotas adaptados
a vivir en cualquier ambiente, terrestre o acuático, ya que en las diferentes estirpes
bacterianas pueden observarse todas las formas de nutrición conocidas. Las hay
autótrofas: fotosintéticas y quimiosintéticas, y heterótrofas: saprofitas, simbióticas y
parasitarias. Esta notable diversidad de funcionamiento convierte a las bacterias en
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organismos indispensables para el mantenimiento del equilibrio ecológico, ya que,
contribuyen al mantenimiento de los ciclos biogeoquímicos permitiendo el reciclaje de la
materia en la biosfera.
2. MORFOLOGÍA BACTERIANA
Aunque las bacterias son unicelulares, pueden aparecer agrupadas cuando se mantienen
unidas tras la bipartición. Ente las formas más comunes destacan:
COCOS: tienen forma esférica, a
veces ligeramente ovalada. Dentro de
ellos podemos encontrar formas
aisladas; en parejas, diplococos; en
cadenas, estreptococos; arracimados,
estilococos; en grupos de cuatro,
tetracocos, o agrupados formando
cubos, sarcinas. Esta diversidad
depende de que la división de las
células se dé a lo largo de uno, dos o
tres ejes.
BACILOS: de forma alargada y
cilíndrica en forma de bastón. Pueden
encontrarse aislados; en parejas,
diplobacilos; o en cadenas,
estreptobacilos. En ocasiones
presentan flagelos en posición central o
terminal y esporas para resistir los
periodos de condiciones adversas.
ESPIRILOS: se caracterizan por su forma curva. Cuando tienen aspecto de coma se
denominan vibrios; cuando tienen forma espiral, espirilos y si las espiras son flojas y
separadas espiroquetas.
Aunque el tamaño de todas las bacterias es microscópico varía bastante de unas a
otras. Dentro de las pequeñas se encuentran los cocos que miden una micra o menos.
Los bacilos suelen medir de 5 a 8 micras de largo y entre 1 y 1.5 micras de ancho. Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
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3. ESTRUCTURA DE LAS BACTERIAS
La organización de una bacteria es muy sencilla y consta de; cápsula bacteriana (puede
faltar), pared bacteriana, membrana plasmática, citoplasma, ADN bacteriano, flagelos y
fimbrias o pili.
La CÁPSULA BACTERIANA es una capa gelatinosa de un grosor que oscila entre 100 y
400 A y que aparece en casi todos los grupos bacterianos patógenos.
Estructura. Esta cubierta es rica en glúcidos de gran tamaño, generalmente polímeros
de glucosa. Presenta también moléculas proteicas.
Función. A la cápsula bacteriana se le atribuyen dos funciones:
- En primer lugar, la regulación de los procesos de intercambio de agua, iones y
substancias nutritivas, además servir como un almacén externo de recursos Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
nutritivos.
- Y, en segundo lugar, la defensa frente a anticuerpos bacteriófagos y células
fagocíticas. También protege a la bacteria de desecaciones del medio, ya que
esta envoltura contiene gran cantidad de agua. Además la cápsula permite la
formación de colonias de bacterias.
La PARED BACTERIANA es una envoltura rígida y fuerte que da forma a las células
bacterianas. Su anchura oscila entre los 50 y los 100 A. A excepción algunas formas, que
carecen de ella, es el componente estructural más evidente, representando el 20% del
peso seco de los organismos.
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Estructura. Existen dos tipos de pared:
el denominado Gram positivo y el
Gram negativo. Ambos tipos presentan
una capa de mureína, peptidoglucano
formado por una pared cuya base es
N-acetilglucosamina (NAG) y N-
acetilmurámico (NAM). Los NAM
poseen enlazadas cadenas de 4
aminoácidos (L-alanina, D-isoglutámico,
L-lisina y D-alanina). Las cadenas de
mureína se enlazan entre sí mediante
un péptido de 5 glicinas que enlazan
con la D-alanina y la L-lisina de la
cadena contigua.
- La pared Gram negativa es
biestratificada, con una capa basal
de peptidoglucanos, sobre la cual
hay una doble capa lipídica que
contiene un gran número de
proteínas, la mayoría con actividad
enzimática y glucolípidos. Esta capa
recibe el nombre de membrana externa.
1) Membrana plasmáticas 2) Peptidoglucano 3) Membrana externa 4) Fosfolípidos 5) Otros lípidos 6) Polisacáridos
- La pared Gram positiva es monoestratificada y está constituida por una capa
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
basal de peptidoglucanos (mureína), a la cual se asocian proteínas, polisacáridos y
ácidos teicóicos como componente más típico.
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Función. La pared mantiene la forma de la bacteria frente a las variaciones de presión
osmótica. También actúa como una membrana semipermeable, regulando el paso de
iones. Esta envoltura, una vez formada, es resistente a la acción de los antibióticos, ya
que éstos actúan sobre las enzimas que regulan la formación de la pared.
* TINCIÓN DE GRAM. (Cristal violeta- agua destilada - Lugol - etanol - agua destilada –
safranina).Todas las bacterias permiten el paso del cristal de violeta que las tiñe de azul.
Pero las bacterias Gram positivas forman junto al lugol (segundo colorante empleado) un
esmalte impermeable al alcohol, por lo que este grupo mantiene el color azul ya que el
etanol no puede lavarlo. Las bacterias Gram negativas son decoloradas por el etanol y
más tarde quedan teñidas de rojo por la safranina.
La MEMBRANA PLASMÁTICA es una envoltura que rodea al citoplasma bacteriano.
Está constituida por una membrana de tipo unitario de 75 A de espesor.
Estructura. La membrana plasmática bacteriana es igual que la que aparece en
células eucariotas, variando sólo algunas de las moléculas que la componen. Una
particularidad que presentan las bacterias es la existencia de unos repliegues internos Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
que reciben el nombre de mesosomas. Carecen de colesterol y otros esteroides.
Función. Las funciones de la membrana plasmática bacteriana son iguales que en la
célula eucariota, es decir, limitan la bacteria y regulan el paso de sustancias nutritivas.
Los mesosomas incrementan la superficie de la membrana plasmática, sirven para
sujetar el cromosoma bacteriano y además poseen una gran cantidad de enzimas que
son utilizadas para:
- Dirigir la duplicación del ADN bacteriano mediante la ADN - polimerasa.
- Realizar la respiración (estructura de membrana similar a la ATP-sintetasas de
las mitocondrias).
- El crecimiento de la membrana, ya que se supone que presentan enzimas que
regulan la formación de fosfolípidos.
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- En bacterias fotosintéticas, los fotosistemas situados en la membrana del
mesosoma realizan la fotosíntesis.
- Las bacterias nitrificantes, asimilan nitrógeno (N2) mediante la nitrogenasa, NO3-
mediante la nitrato sintetasa y NO2- mediante la nitrito sintetasa.
Los RIBOSOMAS son partículas globulares similares a los de las células eucarióticas,
aunque de menor tamaño.
Estructura. Están constituidos por dos subunidades que a veces están unidas y a
veces no. Las subunidades se diferencian por su velocidad de sedimentación, siendo
de 30S la menor, de 50 S la mayor y de 70S la del ribosoma completo.
Función. Actúan en la síntesis de proteínas y funciona igual que en las células
eucariotas, pero siempre están libres en el citoplasma.
Las INCLUSIONES son gránulos de reserva de diversos tipos de sustancias que la
bacteria sintetiza en épocas de abundancia de alimentos, o bien son residuos de su
metabolismo.
Estructura. Estas inclusiones están dispersas por el citoplasma, sin membrana que
las aísle del medio interno. Las sustancias que forman gránulos son polisacáridos
como el almidón, lípidos como los triglicéridos, volutina…
En cuanto a la Función, decir que las inclusiones sirven como elementos de reserva
nutritiva.
Las VESÍCULAS GASEOSAS son estructuras rígidas de cuerpo cilíndrico y extremos
cónicos que contienen gas.
Estructura. Se hallan constituidas por moléculas proteicas, lo que les confiere una
gran rigidez.
Función. Permiten la flotabilidad a las bacterias que las poseen.
CROMOSOMA BACTERIANO. El ADN de la bacteria está constituido por una sola
molécula circular de tipo bicatenario muy plegada y que suele estar unida a los
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
mesosomas. No está asociada a histonas como sucede en las células eucarióticas. La
molécula de ADN es muy larga en comparación con el tamaño de la bacteria (En E. coli la
proporción es de 1:700). La región del citoplasma bacteriano en el que se encuentra el
ADN recibe el nombre de nucleoide.
Aunque el cromosoma bacteriano posee todos los genes necesarios para el crecimiento y
la reproducción de la célula, se ha comprobado que prácticamente todos los tipos de
bacterias tienen genes adicionales en moléculas de ADN mucho más pequeñas que se
llaman plásmidos. Los plásmidos tienen desde 2 genes hasta la treintena, son circulares
y se autorreplican.
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Su función es mantener y conservar la información genética dirigiendo el funcionamiento
de la bacteria.
Los FLAGELOS son prolongaciones cuya longitud es varias veces la de la bacteria.
Aparecen en un número que varía entre 1 y 100. Dependiendo de la situación de los
flagelos, las bacterias pueden ser monótricas (un solo flagelo), lofótricas (varios flagelos
en un solo polo), anfítricas (grupo de flagelos en ambos polos) y perítricas (flagelos
rodeando a la bacteria).
Estructura. Son mucho más sencillos que los flagelos de una célula eucariota. En
ellos se distinguen dos partes: la zona basal y el tallo. El tallo del flagelo contiene un
número variable de fibras proteicas compuestas de una proteína llamda flagelina.
La Función es la locomoción de las bacterias que los poseen.
Los PELOS (pili o fimbria) son unas estructuras huecas, tubulares muy numerosas y que
aparecen ancladas en la pared bacteriana de muchas bacterias Gram negativas, ya que
las Gram positivas no las poseen.
Función. No sirven para proporcionar movilidad a la bacteria. Se les suponen funciones
de fijación a un sustrato, de intercambio de moléculas con el exterior y de intercambio de
información genética con otra bacteria (de la misma especie o no). En ocasiones suele ser
una vía de penetración de virus bacteriófagos.
4. FISIOLOGÍA BACTERIANA
Las bacterias al igual que cualquier otro ser vivo desarrollan funciones de nutrición,
relación y reproducción.
En lo que a las FUNCIONES DE NUTRICIÓN se refiere las bacterias forman un grupo
muy heterogéneo, ya que sus diferentes especies pueden realizar todos los tipos de
metabolismo existentes. Algunas especies pueden poseer 2 tipos de metabolismo
diferentes que utilizan facultativamente, dependiendo de la abundancia nutritiva del Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
medio. Las bacterias pueden necesitar oxígeno atmosférico: bacterias anaerobias o no,
anaerobias; para otras el oxígeno es un gas venenoso, son las anaerobias estrictas,
otras lo utilizan cuando está presente, aunque pueden vivir si él, anaerobias facultativas.
La mayoría de las bacterias son heterótrofas y deben tomar alimento orgánico
sintetizado por otros organismos. Estas bacterias pueden ser saprófitas, parásitas,
comensales (asociadas a organismos a los cuales son les causan ni daño ni beneficio) o
simbiontes.
Otras son autótrofas y utilizan compuestos inorgánicos para su nutrición:
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Las bacterias pueden ser quimioautótrofas obteniendo su energía de la oxidación de
compuestos inorgánicos, por lo que necesitan la presencia de oxígeno (Ej. bacterias
nitrificantes).
Por último existen bacterias autótrofas fotosintéticas (fotoautótrofas) que no utilizan
agua para la fotosíntesis, sino otros compuestos como sulfuro de hidrógeno y por tanto
no producen oxígeno sino azufre, se denomina fotosíntesis anoxigénica. Al poseer
pigmentos que absorben prácticamente en el infrarrojo, no necesitan luz visible. A este
tipo pertenecen las bacterias sulfurosas verdes y púrpuras.
En cuanto a las FUNCIONES DE RELACIÓN decir que casi todas las bacterias pueden
desplazarse mediante reptación, movimientos de contracción y dilatación y movimiento
flagelar.
Se han comprobado respuestas frente a estímulos luminosos (fototactismo), en bacterias
fotosintéticas, y a estímulos químicos (quimiotactismo). Una de las respuestas mejor
conocidas frente a variaciones del medio es la formación de esporas o formas de
resistencia, que soportan condiciones de sequedad, temperaturas de hasta 80º, acción de
agentes químicos y radiaciones durante largos períodos de tiempo. Al aparecer de nuevo
condiciones propicias, germina y da lugar a una bacteria con todas sus funciones.
FUNCIONES DE REPRODUCCIÓN. La reproducción bacteriana se realiza generalmente
mediante una bipartición; tras la replicación del ADN, que está dirigida por la ADN
polimerasa de los mesosomas, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique
transversal separador de las dos nuevas bacterias.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
Además de la reproducción asexual, las bacterias poseen unos mecanismos definidos
como parasexuales, mediante los cuales intercambian información genética con otras
bacterias, sean o no de la misma especie. La transferencia de información genética se
realiza mediante varios sistemas:
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La transformación consiste en un intercambio genético producido cuando una
bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN de otra, que se encuentran
dispersos en el medio donde vive. A las bacterias que pueden ser trasnformadas
se les denomina competentes.
En la transducción un virus bacteriófago transporta fragmentos de ADN
procedentes de una bacteria parasitada.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
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En la conjugación hay un contacto directo célula a célula. La información genética
se transfiere de una célula donadora a una receptora.
La característica que confiere a una bacteria la capacidad de ser donadora es la
presencia de un plásmido1 denominado Factor F o episoma, las moléculas que lo
presentan en su citoplasma se denominan F+ y serán bacterias donadoras, las que no lo
poseen se denominan F- y serán bacterias receptoras, es decir, que reciben a
información genética.
El factor F puede presentarse integrado en el ADN bacteriano, por entrecruzamiento de
regiones específicas idénticas tanto en el plásmido como en el ADN, en cuyo caso, la
bacteria se denomina HFR.
La información genética contenida en dicho Factor F permite formar un pelo sexual,
fimbria o pili, que establece contacto entre la dos células, posteriormente el pelo se
contrae para acercar las dos células entre las que se va a producir el trasiego de
información.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
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Los plásmidos (también llamados plasmidios) son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal
que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico.
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3.2. LOS VIRUS
1. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Los virus son organismos dotados de extraordinaria simplicidad, pertenecen a un nivel de
organización subcelular, y marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte. No se nutren, no se
relacionan, carecen de metabolismo propio y para reproducirse utilizan la maquinaria
metabólica de la célula a la que parasitan: su simplicidad estructural y funcional, los
convierte en parásitos intracelulares obligados, tanto de bacterias, como de células
animales y vegetales.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
Los virus son muy pequeños, los más grandes apenas llegan a los 200 nm (10 -9 m) de
diámetro, sólo se han podido observar con micros copio electrónico.
Las partículas víricas, llamadas también viriones, están constituidas por:
1. Un ácido nucleico: ADN o ARN, nunca ambos a la vez. EL ARN puede ser
bicatenario o monocatenario lineal; y el ADN puede ser monocatenario o bicatenario,
lineal o circular. En ocasiones pueden tener el genoma fragmentado.
2. Una cubierta proteica que rodea al ácido nucleico, llamada cápsida, formada por
unidades que se repiten llamadas capsómeros.
3. En algunas ocasiones una envoltura externa o cubierta, similar a la membrana
plasmática, que se obtiene de las células a las que parasita, junto con proteínas
codificadas por el genoma vírico.
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4. Algunos poseen algunas enzimas, como polimerasas, para transcribir el material
genético a ARNm; pueden tener una transcriptasa inversa, para transcribir el ARN a
ADN. Algunos virus bacterianos (bacteriófagos) tienen lisozimas, para destruir la pared
bacteriana de la bacteria a la que parasita.
2. CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS
Los virus se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios.
Según el tipo de cápsida distinguimos:
Icosaédricos. Tienen forma regular de poliedro, presentan 20 caras
triangulares, 30 aristas y 12 vértices. Pertenece a este grupo el virus de la
poliomilelitis.
Helicoidales o cilíndricos. Representados por
el virus del mosaico del tabaco y el virus de la
rabia. Presentan un aspecto alargado, que en
realidad corresponde a un cilindro hueco, donde
los capsómeros se ensamblan siguiendo un
ordenamiento helicoidal (como una escalera de
caracol).
Virus complejos o Bacteriófagos (virus parásitos de bacterias). Son una mezcla de
las dos estructuras anteriores, son virus complejos. Tienen una cabeza icosaédrica
hueca en donde se aloja el ácido nucleico y una cola helicoidal contráctil y hueca,
rodeada por una vaina y en su centro un eje tubular, que utilizan para inyectar su ácido
nucleico. En la base de la cola tiene unas fibras y unas espinas que utilizan para fijarse
a la superficie de la célula a la cual parasitan. Son los virus que parasitan a bacterias.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
Otro criterio sería la presencia o ausencia de envoltura, los virus helicoidales y los
icosaédricos pueden tener envoltura, por ejemplo el virus de la gripe es un virus helicoidal
con envoltura y el de la varicela y herpes es un virus icosaédrico con envoltura. Esta
envoltura membranosa no es más que un fragmento de la membrana plasmática de la
célula hospedadora que el virus arrastra al abandonarla mediante un proceso de
gemación. La bicapa lipídica que forma esta envoltura posee un conjunto de
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glucoproteínas codificadas por el virus y dispuestas hacia el exterior, a modo de
espículas, capaces de anclarse en los receptores de membrana de las células
hospedadoras constituyendo el mecanismo de penetración por endocitosisis o fusión de
membranas.
Otra forma de clasificación sería el tipo de célula a la que parasitan: pueden ser
parásitos de animales, vegetales o de bacterias (conocidos como fagos o bacteriófagos).
Un hecho a destacar es que los diferentes tipos de virus están adaptados a atacar un solo
tipo de células: los virus que parasitan bacterias no atacan a animales y al contrario, hasta
el punto de que hay virus que solo parasitan un tipo de células dentro de un tipo de
organismo. Esto nos hace pensar que los virus pueden ser fragmentos de ácido nucleico
que originariamente formarán parte de células, de modo que solo parasiten al tipo de
célula del que derivaron.
También se pueden clasificar atendiendo al tipo de ácido nucleico, esta es la más
compleja, ya que nos encontramos con todo tipo de posibilidades: ADN (1C/2C) circular o
lineal; ARN (1C/2C); y diferentes polaridades.
Ejemplos de virus y sus patologías:
DESNUDO O
TIPO DE ÁCIDO SIMETRÍA DE LA
CON EJEMPLO
NUCLEICO CÁPSIDA
ENVOLTURA
DESNUDO Virus del Mosaico del tabaco
HELICOIDAL
ENVOLTURA Paperas, SIDA, rubéola, gripe
ARN
DESNUDO Poliomileitis
ICOSAÉDRICO
ENVOLTURA Rubéola, fiebre amarilla
DESNUDO Infecciones en perros
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
HELICOIDAL
ENVOLTURA Viruela
ADN Infección de amígdalas,
DESNUDO
verrugas
ICOSAÉDRICO
Herpes labial y genital,
ENVOLTURA
varicela, herpes zóster
ADN ó ARN COMPLEJA DESNUDO Bacteriófagos
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3. MULTIPLICACIÓN VÍRICA
A continuación trataremos la reproducción de los virus en uno de los grupos más
estudiados, los bacteriófagos, concretamente en el fago T4. Es un virus complejo cuyo
genoma se compone de una molécula de ADN bicatenaria que se encuentra
profusamente empaquetada dentro de la cabeza.
El fago se fija a la pared bacteriana en las regiones denominadas puntos de
adherencia, a través de los cuales inyecta su ADN mediante la contracción de la
vaina de la cola. Una vez en el protoplasma bacteriano, el ADN puede seguir dos
caminos: multiplicarse y originar nuevos virus (ciclo lítico), con lo que se produce la
destrucción de la bacteria, o integrarse en el cromosoma bacteriano y adoptar la forma
de profago (ciclo lisogénico).
CICLO LÍTICO
1. Adsorción del virus. Inicialmente el fago fija su cola, mediante las fibras y las
espinas a receptores específicos de la pare bacteriana (el fago no puede unirse en
cualquier lugar). En el caso de otro tipo de virus, siempre deberán existir receptores
en la membrana de la célula a la que se infecta que permita la entrada del virus al
interior.
2. Fase de penetración. Los bacteriófagos liberan una enzima, llamada lisozima,
localizada en la cola del virus, que debilita los enlaces de la pared bacteriana.
Posteriormente se contrae la vaina helicoidal, lo que provoca la inyección del
contenido de la cabeza a través del eje tubular de la cola del fago y el ácido
nucleico penetra en la célula.
En el caso de virus desnudos, introducen toda la nucleocápsida, sea por
penetración directa (perforando la membrana con enzimas) o por endocitosis.
En el caso de virus envueltos, funden su cubierta con la membrana de la célula
huésped.
3. Fase de multiplicación. Una vez dentro, el virus interrumpe el normal Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
funcionamiento de la célula y el ADN bacteriano se degrada. A partir de ese
momento será el ADN del virus el que entre en funcionamiento y dicte las órdenes.
Los genes víricos poseen la información necesaria para, utilizando los orgánulos y
las enzimas celulares autorreplicarse y fabricar muchas copias de su ADN y
fabricar todos los capsómeros necesarios para formar muchas cápsidas (no
debemos olvidar que los capsómeros son proteínas).
4. Lisis y liberación. En una bacteria pueden formarse unos 100 bacteriófagos, que
salen al exterior debido a la acción de la endolisina, enzima que lisa (rompe) la
pared bacteriana. Debido a ello, se produce la ruptura de la pared bacteriana y la
muerte de la célula. Los virus quedan libres para infectar nuevas células.
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CICLO LÍTICO
CICLO LISOGÉNICO
No siempre se produce la lisis inmediata de la célula. Existe un tipo de fagos, los llamados Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
fagos atemperados o atenuados, que se integran en el ADN bacteriano por
entrecruzamiento de dos regiones idénticas en el fago y en la bacteria, lógicamente no
todas las bacterias permiten esta integración sólo las llamadas bacterias lisogénicas.
Estos fagos integrados se denominan profagos o virus atenuados y se replican
pasivamente con el ADN bacteriano. En este estado el profago puede mantenerse
durante un tiempo indeterminado, pudiendo incluso, reproducirse la célula, generando
nuevas células hijas lisogénicas. El profago se mantendrá latente hasta producirse un
cambio en el medio ambiente celular, por ejemplo, por variaciones bruscas de
temperatura, o desecación, o disminución en la concentración de oxígeno. Este cambio
induce a la liberación del profago, transformándose en un virus activo que continúa el ciclo
de infección hasta producir la muerte celular y la liberación de nuevos virus.
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A veces, cuando el fago se libera no lo hace por el mismo punto por el que se unió y se
lleva parte del material genético de la bacteria. Cuando este fago infecte a otra bacteria
lisogénica le transferirá parte de dicho fragmento de ADN bacteriano, fenómeno que ya
hemos visto anteriormente, denominado transduccción.
CICLO LÍTICO & CICLO LISOGÉNICO
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
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4. CICLO VITAL DE UN RETROVIRUS:VIH
El VIH ataca preferentemente a los linfocitos T4. Las fases de este proceso son:
El retrovirus (en la forma de virus infectante) penetra en la célula mediante un
proceso de endocitosis.
Una vez en su interior, se despoja de su cápsida proteica y quedan libres las dos
hebras de ARN y las enzimas retrotranscriptasas que transportan.
Cada retrotranscriptasa utiliza una cadena de ARN como molde para sintetizar una
secuencia de ADN complementaria, que forma un híbrido con el ARN. Después la
retrotranscriptasa degrada la hebra de ARN y sintetiza otra cadena de ADN
complementaria a la sintetizada anteriormente.
Se forma una doble hélice de ADN vírico, que se integra en el genoma de la célula
hospedadora y se convierte en provirus.
Una vez integrado en el cromosoma celular el provirus se comporta como un gen
más, utiliza la maquinaria celular para replicar, transcribir y traducir sus genes que
dan lugar a nuevas copias de ARN vírico, proteínas de la cápsida, de la envoltura y
enzimas retrotranscriptasas.
Los componentes víricos se ensamblan y los retrovirus abandonan las células por
gemación para volver a la vida libre pudiendo infectar a otras células.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
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5. OTRAS FORMAS ACELULARES
VIROIDES
Son extremadamente sencillos y forman un escalón inferior a los virus. Son simplemente
genomas desnudos, ARN de una cadena (pero en forma de horquilla, ya que hay
complementariedad entre sus bases, simulando un ARN doble para protegerse de los
enzimas hidrolíticos celulares que atacan a los ARN simples) y no presentan cápsida
proteica. Además, los viroides carecen de las señales que se necesitan para la
traducción del ARN a una proteína, por lo tanto su información se replica pero no se
traduce. Solamente causan enfermedades en los vegetales.
PRIONES
Las partículas infecciosas llamadas priones, están constituidas únicamente por una
proteína de aproximadamente 250 aminoácidos, es decir, carecen completamente de
ácidos nucleicos. Es esta la razón por la cual fue resistida durante mucho tiempo, la
hipótesis de que las proteínas por si solas podían ser la causa de enfermedades
infecciosas. De acuerdo al dogma imperante hasta 1980, las enfermedades transmisibles
(infecciosas) necesitaban material genético, para que la infección se asentara en el
huésped. Hasta ese momento eran los virus los agentes infecciosos más pequeños
conocidos, y todos ellos poseen ADN o ARN como material genético necesario para
codificar sus proteínas y dirigir la replicación viral en el huésped.
Pero ahora sabemos que las partículas proteínicas infecciosas (priones), pueden ser el
sustrato de diversas enfermedades, hereditarias o contagiosas. Este comportamiento dual
tanto infeccioso como hereditario era desconocido. Posteriormente se descubrió que los
priones convierten proteínas normales en MOLECULAS INFECCIOSAS, con solo alterar
la estructura proteica.
Las encefalopatías espongiformes transmisibles (EET), son las enfermedades
degenerativas del SNC que afectan a animales y seres humanos causadas por los
priones. Se denominan espongiformes ya que el cerebro adquiere un aspecto parecido al
de una esponja. Entre las EET que sufren los seres humanos se encuentra la
enfermedad de Creutzfeldt - Jakob (ECJ), y ente las EET de animales, podemos Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
destacar el scrapie (del inglés to scrape, raspar, por la tendencia de los animales
infectados a rasparse contra postes , troncos o cercas para combatir la picazón) de ovejas
y cabras, y la encefalitis espongiforme bovina (EEB), o enfermedad de la vaca loca
entre otras.
Las EET se caracterizan por su prolongado periodo de incubación (en el hombre puede
tener un periodo de incubación de 30 o más años), generalmente asociadas a declives
progresivos de las funciones motoras y cognitivas (enfermedad activa), y por su evolución
inevitablemente fatal. Las EET en el ser humano generalmente aparecen en personas de
edad avanzada.
Aparentemente todas las EET son causadas por el cambio en la estructura de una
proteína normalmente presente en las membranas celulares, denominada proteína
priónica (PrP). La forma anormal de la PrP se designa PrPsc (scrapie), para diferenciarla
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de la forma normal llamada PrPc (celular). La secuencia de aminoácidos (estructura
primaria) de la PrPc y la PrPsc es idéntica lo que varia es su conformación (plegamiento en
el espacio). De acuerdo a esta teoría la proteína alterada (PrP sc), puede unirse a la
proteína normal (PrPc) y cambiar su conformación, transformándola a su vez en una
proteína alterada. De esta forma se propagaría la enfermedad y se generarían nuevas
proteínas infecciosas. De esta forma el pasaje de la forma normal a la patológica es
catalizada por el mismo prión (PrPsc), por lo tanto solo hace falta una pequeña cantidad de
este para provocar la transformación de toda la proteína normal, ya que se trata de un
fenómeno de crecimiento exponencial.
Recientemente, se ha aceptado que los priones pueden ser transmitidos, posiblemente
por comida, inoculación directa en el cerebro, piel, músculo o estómago. Por esto la
epidemia de EEB, ocurrida en Gran Bretaña provoco un enorme interés en todo el mundo.
Desafortunadamente han aparecido en ese país una nueva variedad de la ECJ (casos en
personas mucho más jóvenes que lo usual), lo que probaría una relación causal entre la
EEB y los casos seres humanos. El gobierno británico tuvo que admitir la posibilidad de
que la aparición de estos extraños casos de la ECJ hubieran sido provocados al ingerirse
carne vacuna infectada (tejido nervioso).
Al principio habíamos hablado de la dualidad de los priones, por un lado partículas
infecciosas y por el otro, responsables de enfermedades hereditarias. Esto es
naturalmente confuso. Por ejemplo, ciertas enfermedades priónicas como la GSS, son
hereditarias. Esta enfermedad tiene una herencia autosomal y dominante, lo cual significa
que si un padre desarrolla la enfermedad, los hijos tienen un 50 por ciento de
probabilidades de desarrollarla. La explicación a estos hechos vino dado por el
descubrimiento de mutaciones génicas puntuales en la secuencia de nucleótidos del gen
que codifica la PrP. Estos genes mutados provocan cambios en la secuencia de
aminoácidos de la proteína PrP. Estos cambios podrían incrementar la probabilidad de la
transformación de la proteína PrP mutante de una forma normal a una anormal patógena.
Diferentes mutaciones en el gen provocarían diferentes proteínas mutantes, con mayor o
menor tendencia a transformarse en la forma aberrante patógena. Esto explica también
las distintas enfermedades priónicas hereditarias, la ECJ esporádica , un 15 por ciento de
los casos hereditaria y la GSS autosomal dominante.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
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6. CIANOBACTERIAS Y MICOPLASMAS
Las CIANOBACTERIAS se conocen también como ALGAS VERDEAZULADAS o
CIANOFÍCEAS, nombres que le vienen de que muchas presentan una coloración azul-
verdosa acusa del pigmento ficocanina de color azul y por la clorofila verde: No
obstante, existen cianobacterias de colores muy variados según los pigmentos que
contengan. Las que contienen el pigmento ficoeritrina, de color rojo, son las que abundan
en el Mar Rojo.
Las cianobacterias son organismos fotosintéticos con organización celular procariota
como las eubacrerias y pueden soportar cambios importantes de pH, temperatura y
salinidad; algunas también pueden fijar dióxido de carbono y nitrógeno atmosférico, lo
que las hace muy autosuficientes. Las hay que carecen de pared celular, y entre ellas se
encuentran las que se asocian con hongos para formar líquenes.
De su estructura destacan:
Una envoltura gelatinosa.
La pared celular.
ADN situado en la parte central de la célula o centroplasma.
Las láminas con clorofila o tilacoides situadas en el resto del citoplasma o
cromoplasma.
Los ribosomas.
Morfológicamente son muy semejantes a las bacterias fotosintéticas. Algunas viven
solitarias, peor con frecuencia forman colonias de distintas formas, siendo típicas las
filamentosas, rodeadas por una envoltura gelatinosa que da mayor consistencia a la
colonia y en la que se suelen presentar unas células incoloras denominadas heterocistos
que tienen la función de fijar nitrógeno atmosférico. Aunque son procariotas, se
diferencian de las eubacterias fotosintéticas por la presencia de unas estructuras
semejantes a los tilacoides y porque utilizan agua como fuente de electrones, por lo que
su fotosíntesis es oxigénica.
Debido a su estructura tan simple y a que utilizan sustancias muy sencillas para satisfacer
sus necesidades de materia, junto con su actividad fotosintética, se les ha considerado Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
como organismos causantes de la transformación de la atmósfera primitiva anaerobia a la
actual aerobia.
Los MICOPLASMAS son las células más pequeñas de vida libre que se conocen. Tienen
organización procariota, al igual que eubacterias y cianobacterias, aunque presentan una
gran diferencia: carecen de pared celular y están rodeados por una membrana
lipoproteica.
Contienen ADN circular bicatenario, ARN, ribosomas y diversas proteínas. Su genoma es
más sencillo que el de las bacterias. Por su pequeño tamaño y por su facilidad para
deformarse, al carecer de pared celular, atraviesan fácilmente los filtros que retienen las
bacterias.
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Se conocen unas setenta especies; unas viven en relación de comensalismo en plantas,
animales o humanos; otros son parásitos y producen enfermedades En el hombre se
encuentran como comensales en las mucosas oral y urogenital, pero, sin duda, el más
conocido es Mycoplasma pneumoniae, que es el agente causante de la neumonía,
afectando a los epitelios de las mucosas del aparato respiratorio. Puesto que los
antibióticos debilitan o destruyen la pared celular de las bacterias y los micoplasmas
carecen de ella, no son eficaces para combatirlos.
7. HONGOS MICROSCÓPICOS
Pertenecen al reino Fungi. Son organismos eucariotas y heterótrofos
(descomponedores). Presentan paredes rígidas formadas por quitina.
En cuanto a su ecología algunos son acuáticos, la mayoría terrestres, pudiendo ser
saprófitos, parásitos (micosis), o vivir en simbiosis (líquenes).
7.1. MOHOS (Hongos Microscópicos pluricelulares)
Están formados por filamentos celulares llamados hifas, que en conjunto forman un
cuerpo vegetativo llamado micelio.
En cuanto a la reproducción puede ser asexual mediante esporas haploides que
generan un nuevo micelio o por la simple fragmentación del micelio; o sexual mediante la
formación de gametangios.
En cuanto a su ecología se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza,
pudiendo vivir en condiciones extremas de sequedad, acidez extrema, exceso de
azúcar…
Ejemplos importantes son el Moho del pan (Rhizopus); moho de la fruta (Penicillium), éste
último especialmente importante ya que produce antibióticos.
7.2. LEVADURAS (Hongos microscópicos unicelulares)
Se reproducen asexualmente mediante gemación y sexualmente mediante esporas. En
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
cuanto a su ecología, están adaptadas a vivir en medios ricos en azúcares (frutas, flores,
corteza de los árboles). Pueden vivir en simbiosis con animales o ser patógenos.
Ejemplos importantes son todos los que se utilizan en microbiología industrial para
producir fermentaciones alcohólicas (Saccharomyces) y las especies patógenas como
Candida.
Rhizopus Penicillium Saccharomyces Candida
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8. PROTOZOOS
Son eucariotas unicelulares heterótrofos. No tienen pared celular. Pueden presentar
movilidad. Su reproducción asexual es por división binaria o gemación y la sexual por
conjugación.
La nutrición fagocitosis (endocitosis por el cual algunas células rodean con su
membrana citoplasmática a una sustancia extracelular (un sólido) y la introducen al
interior celular) o pinocitosis (es un proceso biológico que permite a obtener líquidos
orgánicos del exterior para ingresar nutrientes).
En cuanto a la ecología viven en medios acuáticos, en el suelo, sobre materia orgánica o
son parásitos obligados (muchos de los causantes de enfermedades).
El movimiento de los protozoos puede realizarse por cilios, flagelos, pseudópodos, los
parásitos son inmóviles. La movilidad de los protozoos se emplea para su clasificación.
Ejemplos de protozoos importantes: forman parte del plancton (como el Paramecium),
forman depósitos minerales (foraminíferos protozoos con envoltura de quitina y
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
carbonato cálcico), parásitos (Plasmodium paludismo; Trypanosoma enfermedad del
sueño; Entamoeba disentería).
Paramecium Foraminífero Trypanosoma
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9. ALGAS MICROSCÓPICAS
Son eucariotas autótrofas unicelulares, que realizan fotosíntesis oxigénica. Se
reproducen asexualmente mediante bipartición, fragmentación o por esporas. La
reproducción sexual pueden llevarla a cabo en alternancia d e generaciones o por un tipo
especial de conjugación.
En cuanto a la nutrición, llevan a cabo fotosíntesis oxigénica, con pigmentos como
clorofilas, carotenoides y ficobilinas. La combinación de pigmentos se utiliza para su
clasificación.
Dinoflagelados. Planctónicos marinos. Dos flagelos, uno de ellos en un surco. Los
fotosintéticos pigmentos pardos
Crisófitos. Dos flagelos desiguales. Pigmentos dorados. A veces tecas silíceas
Euglenofitos. Uno o dos flagelos . Pared proteínica . Pigmentos verdes
Criptofitos. Dos flagelos apicales en cripta. Pigmentación variable. Fagocitosis
Baciliarofitos (Diatomeas).Pared silícea con dos valvas. Pigmentos pardos.
Gametos flagelados
Dinoflagelado Euglena Diatomeas
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
En cuanto a su ecología son unicelulares o coloniales y acuáticas de agua dulce o
salda.
Movimiento: presentan flagelos de manera constante o en algún momento de su ciclo
vital, que les permiten moverse por el medio acuático.
Ejemplos importantes: todas forman parte del fitoplancton producción de oxígeno y
base de los ecosistemas acuáticos.
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10. LOS MICROORGANISMOS EN LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Muchos de los elementos químicos que componen los materiales terrestres están
sometidos a unos circuitos cíclicos que consisten, básicamente, en que pasan de formar
parte de la materia inorgánica a formar parte de la materia constitutiva de los seres vivos,
y de éstos, posteriormente, de nuevo a materia inorgánica inerte, cerrándose el ciclo.
Éstos son los denominados Ciclos Biogeoquímicos de la materia.
Los microorganismos participan activamente en estos ciclos debido a su amplia
distribución en todo de tipo de ambientes, su facilidad de dispersión, su diversidad
metabólica, su pequeño tamaño y su condición unicelular, que favorecen un rápido
intercambio de nutrientes y productos metabólicos con el medio ambiente.
10.1. CICLO DEL CARBONO
Es el ciclo más sencillo y perfecto, ya que el carbono regresa al medio casi al mismo
tiempo que es extraído de él. Las plantas fijan al año entre 4 y 9 .10 10 toneladas de
carbono. Este carbono es incorporado en forma de CO2 por los productores primarios
mediante la fotosíntesis. Los consumidores incorporan el carbono al alimentarse de los
productores, y los descomponedores (bacterias y hongos) lo hacen al actuar sobre los
cadáveres y los productos de desecho. El proceso respiratorio de productores,
consumidores y descomponedores devuelve la mayor parte del carbono al medio en
forma de CO2. Otra parte se queda en forma precipitada en conchas, huesos, dando
lugar a rocas calizas. Los fenómenos de vulcanismo que afectan a las rocas calizas y a
los combustibles fósiles devuelven a la atmósfera el carbono en forma de CO 2.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
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10.2. CICLO DEL NITRÓGENO
La atmósfera está constituida por un 78 % de nitrógeno, pero sólo algunas bacterias (Clostridium,
Rhizobium, Azotobacter) y algas cianofíecas (Anabaena, Nostoc) son capaces de aprovecharlo.
Entre el grupo de bacterias fijadoras de nitrógeno está el género Rhizobium que se encuentra en
simbiosis con las raíces de las plantas leguminosas (guisantes, judías, tréboles, alfalfa…), estas
bacterias se introducen en los tejidos del vegetal, donde proliferan y desarrollan una especie de
nódulos fijadores de nitrógeno.
El resto de plantas depende del nitrógeno que se encuentra en el suelo, de donde lo toman en
forma de nitratos. Cuando un organismo muere, el nitrógeno de los restos orgánicos, como son las
proteínas y los ácidos nucleicos, por acción de bacterias y hongos presentes en el suelo se
convierte en amoniaco o ión amonio (amonificación).
Otros grupos de bacterias del suelo (del género Nitrosomonas) oxidan los iones amonio a nitritos
(nitrosación) y finalmente las bacterias nitrificantes (Nitrobacer) oxidan los nitritos a nitratos
(nitrificación). Los nitratos son ya fácilmente absorbidos por las raíces de las plantas y utilizados
para formar moléculas nitrogenadas (proteinas y ácidos nucleicos). Mediante las cadenas tróficas
posteriores, el nitrógeno asimilado en estas moléculas del vegetal pasa a los animales.
Existe un grupo de bacterias desnitrificantes (Pseudomonas) que en condiciones anaerobias y de
inundación, convierten los nitratos del suelo en nitrógeno molecular, que escapa a la atmósfera.
Por eso los agricultores drenan las tierras (mediante tuberías de drenaje, creando de leves
pendientes, nivelando el terreno para suprimir depresiones que acumulen agua, haciendo
caballones, es decir, creando pequeñas lomas o montículos de tierra y plantar sobre
ellos…) para reducir la desnitrificación y añaden fertilizantes para incrementar los niveles de
nitrógeno del suelo.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
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11. LOS MICROORGANISMOS COMO AGENTES PRODUCTORES DE
ENFERMEDADES
La mayoría de microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Muchos de ellos
se han adaptado a las condiciones especiales de los tejidos de los animales viviendo en
ellos; piel, conductos digestivos, respiratorios… son la denominada flora normal. Sin
embargo, los microbios más conocidos son aquellos que producen enfermedades
infecciosas en las plantas, animales y en la especie humana.
A continuación definiremos algunos conceptos de vital importancia en este ámbito:
Microorganismos patógenos: son aquellos microorganismos causantes de
enfermedades, son parásitos.
Microorganismos oportunistas: microorganismos que aunque normalmente no son
patógenos infectan a un organismo cuando han disminuido sus mecanismos defensivos o
bien por pérdida de su flora bacteriana propia.
Infección: crecimiento de microorganismos en el hospedador.
Enfermedad infecciosa: enfermedad en la que se produce infección con éxito de un
microorganismo.
Epidemia: enfermedad que se propaga durante algún tiempo por un país, acometiendo
simultáneamente a un gran número de personas.
Pandemia: Epidemia de gran intensidad que afecta a un gran número de personas de
una región muy extensa, afectando a numerosos países.
Enfermedad endémica: enfermedad infecciosa presente habitualmente en una
determinada región por causas locales.
Zoonosis: enfermedad transmitida por animales.
Vectores: animales que actúan como intermediarios de la infección.
Reservorios: lugares en los que los organismos permanecen vivos. Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
Virulencia de un microorganismo: capacidad de los mismos para causar una
enfermedad, depende de su poder invasor y de su toxicidad.
Toxinas: sustancias venenosas de bajo peso molecular producidas generalmente por
bacterias, que causan daño en el organismo en el que se encuentran.
Exotoxinas: proteínas liberadas al medio extracelular. Entre estas destacan las
enterotoxinas que producen infecciones alimentarias. Ej. Toxina botulínica.
Endotoxinas: lipopolisacáridos que forman parte de la pared bacteriana y por tanto
permanecen unidas al microorganismo.
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En lo que se refiere a las vías de transmisión, podemos hablar de:
Transmisión directa: se produce como consecuencia de un gran contacto físico,
como saliva, semen…
Transmisión vertical: cuando la infección se produce a través de la placenta y
por inoculación: por transfusiones o jeringuillas.
Transmisión indirecta: a través de un objeto infectado (ropa, vendajes…), o
mediante el aire, agua, los alimentos, o una animal infectado (vector).
Enfermedades producidas por diversos tipos de vías de transmisión.
PATÓGENO VÍA DE TRANSMISIÓN ENFERMEDAD
Virus: Influenza Contacto indirecto, aire Gripe
Bacteria: Streptococcus pneumonia Contacto indirecto, aire Neumonía
Bacteria: Treponema palidum Contacto directo sexual Sífilis
Bacteria: Neisseria gonorrhoeae Contacto directo sexual Gonorrea
MEDIDAS FRENTE A LAS ENFERMEDADES INFECCIOSAS:
Medidas profilácticas o preventivas:
La mejor nutrición aumenta las posibilidades de defensa del organismo.
Viviendas apropiadas, soleadas y sin humedad.
No vivir hacinados.
Depuración de las aguas.
Sistemas de alcantarillados modernos.
Alimentos higiénicos y de calidad nutricional.
Educación sanitaria: reconocimientos médicos periódicos, vacunaciones Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
necesarias, higiene personal y de las casas.
Desde el punto de vista de la lucha contra un patógeno:
Aislamiento de los enfermos.
Desarrollo de la inmunidad de la población.
Aumento de la calidad de vida y educación sanitaria como se describe arriba.
Métodos curativos:
Agentes anitimicrobianos: son aquellos que perjudican la vida de los
microorganismos matándolos o impidiendo su reproducción. Los desinfectantes son
agentes antimicrobianos que se emplean para eliminar microbios de los objetos,
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mientras que los antisépticos se utilizan sobre los tejidos de los seres vivos. Pueden
ser de distintos tipos:
Entre los físicos se encuentran el calor, el frío, la presión y las radiaciones;
Entre los químicos hay muchos productos que matan a los microorganismos:
yodo, alcohol…
Entre los biológicos nos encontramos una serie de sustancias que actúan sobre
el microorganismo, principalmente impidiendo su reproducción; ya que
interfieren en sus funciones biológicas normales, entre ellos destacamos los
antibióticos, vacunas, sueros…
Agentes quimioterapéuticos: son productos químicos de eficacia curativa que se
utilizan contra microorganismos, bien por combatir el germen patógeno, o bien por
fortalecer al enfermo mejorando su estado general. Los principales son las sulfamidas
y los antibióticos
Los antibióticos son sustancias que se producen por algunos
microorganismos, que inhiben el crecimiento o matan a otros microorganismos.
Los antibióticos constituyen una clase especial de agentes quimioterapéuticos.
Los antibióticos constituyen una de las más importantes clases de sustancias
producidas en los procesos microbianos a gran escala.
Se han descubierto un gran número de antibióticos, pero tal vez, menos del 1 % de ellos
han sido de valor práctico en medicina. Los que han resultado útiles han tenido un
impacto maravilloso sobre el tratamiento de las enfermedades infecciosas. También
existen antibióticos que pueden hacerse más efectivos mediante modificaciones químicas
y son los conocidos antibióticos semisintéticos.
Tipos de antibióticos
La acción antibacteriana de los antibióticos puede desencadenar distintos efectos:
Inhibición de la síntesis de la pared celular β-Iactámicos. Estos antibióticos incluyen
penicilinas, cefalosporinas y tetraciclinas.
Alteración de la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática.
Inhibición de la síntesis de proteínas; eritromicina, estreptomicina … Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos; Rifamicina.
Las Sulfamidas son agentes basteriostáticos sintéticos que actúan sobre
microorganismos inhibiendo la síntesis de ácido fólico.Se descubrieron en 1938
por el científico alemán Gerhard Domagk, por lo que le dieron al año siguiente·
el premio Nóbel.
Fueron los primeros antibióticos usados eficazmente. Ahora apenas se usan debido a que
los microorganismos han desarrollado resistencias.
Los microorganismos más sensibles son la Clamidia trichomonatis, Streptococcus
pyogenes, Streptococcus pneumonica, Haemophilus influenzae, Nocardia, Actinomices...
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11. BIOTECNOLOGÍA
CONCEPTO
La biotecnología es el conjunto de procesos industriales que se sirve de
microorganismos o de células procedentes de animales o vegetales para obtener
determinados productos comerciales o para realizar importantes transformaciones
químicas.
La biotecnología se ocupa entre otros de procesos tan diferentes como la clonación, la
terapia génica, la inseminación in vitro, la obtención de bebidas alcohólicas… Aunque el
término biotecnología empezó a emplearse a finales de los años 70, tras la aparición de
la ingeniería genética (manipulación del material genético de las células) engloba técnicas
conocidas desde la antigüedad como por ejemplo la fabricación del pan. El uso de
microorganismos para la obtención de alimentos es una de las aplicaciones más antiguas
de la biotecnología. En la actualidad se han ido seleccionando las mejores cepas y se han
desarrollado grandes industrias y economías en base a ellos.
Ya sea bacteria o levadura, existen varias características que debe cumplir un
microorganismo para su uso en la industria:
El tamaño de la célula debe ser pequeño para facilitar el intercambio de sustancias
con el entorno y permitir, de esta forma, una elevada tasa metabólica.
Producir la sustancia de interés.
Estar disponible en cultivo puro.
Ser genéticamente estable.
Crecer en cultivos a gran escala.
Crecer rápidamente y obtener el producto deseado en un corto período de tiempo.
No ser patógeno para el hombre o para los animales o plantas.
El medio de cultivo debe estar disponible en grandes cantidades y ser relativamente
barato.
BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
El proceso común que interviene en la fabricación del pan, el vino y los quesos (por citar
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
sólo algunos alimentos), es la fermentación que realizan los microorganismos presentes
en la materia prima. El término fermentación es entendido de forma distinta en el contexto
de la biología celular que en el contexto industrial.
En el sentido biológico la fermentación es un proceso de obtención de energía en
condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno) que puede generar como producto final
ácido láctico (fermentación láctica, por las bacterias ácido-lácticas) o etanol (fermentación
alcohólica por levaduras).
La reacción de la fermentación láctica sería: Glucosa Ácido Láctico + energía + H2O
La reacción de la fermentación alcohólica sería: Glucosa Etanol + energía + CO2
En el contexto industrial, se denomina fermentación a un proceso microbiano a gran
escala, tanto si se realiza en condiciones aeróbicas como anaeróbicas.
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Bacterias productoras de queso
La elaboración del queso consta de varias etapas, que comienza con la pasteurización2
de la leche. Luego se agrega el fermento que contiene las bacterias lácticas, y se deja
madurar la leche. Como consecuencia de la fermentación, las bacterias degradan el
azúcar de la leche (lactosa), obteniéndose ácido láctico. Éste desnaturaliza las proteínas
de la leche (fundamentalmente caseína) que precipitan arrastrando con ellas la grasa
coagulación. Además, produce acidez que inhibe el desarrollo de gérmenes
indeseables, incluyendo los potencialmente patógenos.
Una vez que las proteínas de la leche han coagulado, el cuajo obtenido se calienta y se
exprime para eliminar la porción acuosa de la leche (suero), se sala y se somete a un
proceso de maduración (salvo en el caso de los quesos blandos no madurados). La
producción de cuajo se puede realizar también añadiendo un enzima (quimosina) que se
extrae del estómago de los terneros, pero que en la actualidad es producida por
microorganismos modificados genéticamente.
Cada tipo de queso es elaborado por distintas cepas de bacterias. El fermento utilizado
tiene una importante función en el desarrollo de sabor, aroma y textura de los quesos.
Algunas bacterias lácticas generan como producto de la fermentación de la lactosa
dióxido de carbono (además de ácido láctico). Ese gas es el responsable de los “ojos” de
los quesos de pasta semidura como el Gruyere, y también facilita la abertura de la masa
en quesos como el Roquefort o el Camambert, lo cual es necesario para permitir el
crecimiento del hongo Penicilium (P. rocheforti y P. Camamberti, respectivamente) que le
otorga las características peculiares a estos quesos.
Levaduras en la producción de bebidas alcohólicas
La fermentación a gran escala por acción de las levaduras es responsable de la
producción de alcohol para fines industriales y de bebidas alcohólicas. Las bebidas
alcohólicas más importantes que se producen industrialmente con intervención de las
levaduras son el vino (fermentación de zumo de uvas), la sidra (fermentación del zumo de
manzana), la cerveza (fermentación de cereales malteados), y bebidas destiladas
producidas por condensación del alcohol proveniente de la fermentación.
En todos estos procesos se utilizan levaduras del tipo Sacharomyces cerevisiae, que es la
misma que se utilizaba en la antigüedad para el mismo fin. Desde entonces, las levaduras Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
han sido cultivadas en laboratorio durante tanto tiempo que se han ido seleccionando y
mejorando cepas según distintas propiedades. Por ejemplo, la mayoría de los zumos de
frutas sufren una fermentación natural causada por levaduras “silvestres” que están
presentes en la misma fruta. De estas fermentaciones naturales se han seleccionado
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La pasteurización o pasterización es el proceso térmico realizado a líquidos (generalmente alimentos) con el objeto
de reducir los agentes patógenos que puedan contener, tales como bacterias, protozoos, mohos y levaduras, etc. El
proceso de calentamiento recibe el nombre de su descubridor, el científico-químico francés Louis Pasteur (1822-1895).
Uno de los objetivos del tratamiento térmico es la esterilización parcial de los alimentos líquidos, alterando lo menos
posible la estructura física, los componentes químicos y las propiedades organolépticas de estos. Tras la operación de
pasteurización, los productos tratados se enfrían rápidamente y se sellan herméticamente con fines de seguridad
alimentaria. A diferencia de la esterilización, la pasteurización no destruye las esporas de los microorganismos, ni
elimina todas las células de microorganismos termofílicos.
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levaduras para una producción más controlada y hoy en día la producción de bebidas
alcohólicas es una gran industria extendida por todo el mundo. En la actualidad también
es posible mejorar este tipo de levadura por técnicas de ingeniería genética, con el
objetivo de obtener un producto de mejor calidad y más uniforme.
La fabricación de cerveza
A diferencia de las bebidas obtenidas a partir de zumos de frutas fermentados (como los
vinos), en la cerveza, el cereal no contiene ni agua ni azúcar, caracterizando ambas
circunstancias el proceso de elaboración. Para
conseguir azúcar a partir del almidón, es
necesario modificarlo mediante el malteado3 y
sumergirlo en agua a la temperatura adecuada
a fin de completar la conversión. El líquido
resultante, compuesto de azucares, proteínas
y residuos procedentes del cereal, se prepara
en un proceso denominado amasado, en el
cual los cereales se cuecen y dejan macerar a
temperatura templada. Dependiendo de los
cereales utilizados, la temperatura y el tiempo
de amasado, se obtendrán productos finales
con distintas características (Ejemplo; las
cervezas claras se obtienen a una temperatura
entre 60 y 90 º, mientras que las negras
requieren temperaturas más altas, entre 90 y
105º).
A los cereales se le agrega también lúpulo,
que da el aroma y el sabor amargo, y actúa
como antiséptico impidiendo su alteración.
A continuación se enfría
hasta una temperatura que
permita el desarrollo de las Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
levaduras, se añaden éstas y
se inicia la fermentación que
producirá el alcohol y el CO2.
Las levaduras que se utilizan habitualmente en la producción de cerveza
se denominan Saccharomyces carlsbergensis y Saccharomyces cerevisiae.
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Maltear es básicamente iniciar la germinación y luego interrumpirla bajando la humedad del grano de cereal. El motivo
de germinar las semillas es para que se formen, durante este proceso, las enzimas necesarias y se realicen los cambios
necesarios en la estructura molecular de los componentes de la semilla para obtener de ella la mayor cantidad de
moléculas de azúcares fermentables y nutrientes básicos para la levadura. Luego debe detenerse esta germinación
para que la plata que está creciendo no consuma los azucares de nuestro grano.
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La elaboración del vino.
Existe un gran número de vinos diferentes y su calidad y características varían
considerablemente. Las levaduras implicadas en la fermentación del vino son de dos
clases: las “silvestres” que se encuentran en las uvas (tal como se cosechan) y se
transfieren por lo tanto al mosto, y la levadura de vino cultivada, que se añade al mosto
para comenzar la fermentación.
Mientras la levadura silvestre tolera hasta un 4% de alcohol, la cultivada tolera mayores
porcentajes. Dependiendo del tipo de uva que se utiliza y de cómo se prepare el mosto (el
zumo obtenido resultante de aplastar las uvas), se producirá vino blanco o tinto y las
distintas variedades de uvas darán origen a distintos tipos de vinos blancos y tintos. El
vino espumoso, como el champán, es el que contiene una cantidad considerable de
dióxido de carbono que surge de la fermentación final que realiza la levadura dentro de la
botella.
De forma general, en la fabricación del vino podemos destacar los siguientes pasos:
Triturado de la uva y obtención del mosto (rico en glucosa).
Esterilización del mosto, para evitar la transformación por microorganismos
indeseados.
Inoculación con Saccharomyces uvarum, que llevan a cabo la fermentación alcohólica.
Trasiego, que consiste en la separación del vino de los sedimentos.
Envejecimiento en cuba de madera durante tiempo, produciéndose el desarrollo del
sabor del vino.
Levaduras en la elaboración del pan
Existe constancia de la fabricación de pan y de la utilización de levaduras desde el año
2300 a. C. en que los egipcios descubrieron de forma casual el proceso de la
fermentación. A partir de este descubrimiento, la fabricación de pan se convirtió en un
oficio que se fue extendiendo por todo el mundo. La especie de levadura que más veces
se utiliza para la fermentación del pan normal es Saccharomyces cerevisiae, aunque se
utilizan también otros microorganismos para influir sobre el aroma y sabor del pan. El
proceso que ocurre en la elaboración del pan es también una fermentación alcohólica.
Bloque IV: Microbiología y Biotecnología.
Utilizando los componentes de la harina, la levadura fermenta expulsando al medio
dióxido de carbono y alcohol. El alcohol obtenido se evapora en el momento del horneado
del pan, y el dióxido de carbono desprendido de dicha fermentación, en vez de convertirse
en burbujas como en el champán o en la cerveza, es el responsable de los agujeritos y
aspecto esponjoso de la miga del pan.
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