Microbiología
v Conceptos de microorganismos.
Son S. vivos y estructuras
biológicas que no podemos ver a simple vista porque su tamaño no llega a las
dimensiones que podemos detectar, inferiores a 0,2mm. Por tanto microorganismo
es un termino sin mase significado que el pequeño tamaño que engloba a un grupo
muy heterogéneo de formas de vida que desarrollan todos los procesos vitales de
nutrición, relación y reproducción de forma unicelular o con agrupaciones muy
sencillas.
Los microorganismos se
clasifican en cinco grandes grupos:
Virus: Son
estructuras a celulares muy sencillas formadas por un acido nucleico asociado a
proteínas, como por ejemplo Adenovirus y Virus de la Gripe.
Bacterias:
Tiene
organización celular procariotas y la mayoría con pared celular de Mureina.
Tienen nutrición autótrofa o heterótrofa según la especie, como por ejemplo Bacilo de Koch que causa la tuberculosis
y la Escherichia Coli.
Microalgas: Tienen
una organización celular eucariota, poseen cloroplastos y pared celular. Tienen
nutrición autótrofa, como por ejemplo Chlorrella,
Diatomea.
Protozoos: Tienen
organización eucariota, no poseen pared celular. Tienen nutrición heterótrofa,
como por ejemplo, Plasmodium agente
causante de la malaria, Trypanosoma causante
de la enfermedad del sueño.
Hongos: Tienen
organización celular eucariotas, poseen pared celular. Presentan nutrición
heterótrofa, como por ejemplo, Penicillium, Seccharomyces que es
levadura de cerveza.
Microorganismos procariotas
Virus.
Los virus están constituidos
por un fragmento de Ác. Nucleico encerrado en una cubierta proteica (Cápsida).
Algunos virus presentan una envoltura membranosa compuesta por una bicapa
lipídica procedente de la célula hospedadora. Estos virus se denominan virus
con envoltura.
El Ác. Nucleico de los virus
puede ser ADN o ARN, la información genética se encuentra en una única molécula
lineal o ciclada, o bien en distintos diseños. Todos los virus siempre tienen
el mismo tipo de ácido.
Las proteínas de la Cápsida se organizan
alrededor del ácido nucleico, según esta organización se distinguen varios
tipos:
§
Virus
con simetría helicoidal: Son virus con forma de varilla en los que
los capsómeros (son unidades estructurales constituidas por una o varias
subunidades proteicas, llamados protomeros) se disponen helicoidalmente
alrededor del Ác. nucleico.
§
Virus
con simetría icosaédrica: Son virus que poseen la forma de un
icosaedro en la cual cada cara (capsómeros) está formada por cinco o seis
subunidades proteicas.
§
Virus
complejos: Son virus con formas y simetrías diversas, Cápsidas con
cabezas icosaédricas y colas con simetrías helicoidal.
v Ciclos de multiplicación vírica.
El ciclo de multiplicación
tienen lugar cuando el virión o código
genético, penetra en una célula hospedadora y utiliza a esta para generar nuevas
particular víricas, este proceso recibe el nombre de ciclo lítico.
¯
Ciclo lítico.
Este ciclo se puede dividir en
varias etapas:
1.
Entrada
de virus en la célula hospedadora.
Esta fase suele ir precedida
por una fase de absorción en la que se produce la unión de las proteínas de la Cápsida con los receptores
específicos de la célula hospedadora. Sin embargos ciertos virus y sobre todos
vegetales penetran directamente a través de zona de roturas o de heridas.
La siguiente fase es la
penetración, este proceso se puede llevar a cabo de varios modos:
§
Por
inyección del ác. nucleico viral.
§
Por
procesos de endocitosis, en el que el virus penetra por completo
en el interior de una vesícula y es liberado posteriormente en el citoplasma
por fusión de la envoltura viral con la membrana plasmática o directamente a
través de poros.
2.
Replicación
y síntesis de los componentes virales.
Tras liberarse del ác. Nucleico
en el citoplasma, se produce la replicación de este y la síntesis de las
proteínas virales. Esta etapa cumple dos funciones vitales:
§
Síntesis
de proteínas del virus: Pueden desarrollarse en dos fases y
siempre se produce en el citoplasma de la célula.
§
Replicación
del ác. nucleído viral.
Puede ocurrir en el citoplasma
o bien en el núcleo de la célula.
3.
Liberación.
Cuando el ciclo de
multiplicación finaliza los nuevos viriones salen de la célula provocando la
lisis de esta o por gemación. Durante la fase de liberación los virus envueltos
adquieren su membrana a partir de la membrana hospedadora.
¯ Ciclo lisogénico.
Algunos virus penetran en las
células hospedadoras y permanecen en ellas sin producir nuevas partículas
víricas completas, estos virus siguen un ciclo lisogénico, o causan una
infección latente como sucede en los virus animales o vegetales.
Bacterias.
Las bacterias son microorganismos unicelulares que presentan un tamaño de
unos pocos micrómetros (entre 0,5 y 5 μm) y diversas
formas, incluyendo esferas (cocos),
barras (bacilos) y hélices (espirilos). Las bacterias son procariotas, poseen una pared celular compuesta de peptidoglicano. Muchas bacterias disponen de flagelos o de otros sistemas de
desplazamiento móviles. Son los organismos más abundantes del planeta, se
encuentran en todos los hábitats terrestres y acuáticos.
Algunas bacterias pueden incluso sobrevivir en las condiciones extremas del espacio exterior. Se estima que se pueden encontrar en torno a 40 millones de
células bacterianas en un gramo de tierra y un millón de células bacterianas en 1 ml de agua dulce.
v Características estructurales y
funcionales.
Las bacterias no presentan
orgánulos membranosos, el material genético se encuentra libre en el
citoplasma. Presentan una pared celular de composición y naturaleza exclusiva
de estos organismos, situada externamente a la membrana plasmática.
Ø Pared celular.
La pared celular tiene como
componente principal el peptidoglicano, un polisacárido unido a cortas cadenas
pepiticas.
El peptidoglicano o mureína
está formado por cadenas polisacáridas compuestas por dos azucares:
acetílglucosamina y ác. acetilmurámico unidos por enlaces glucosídicos. Entre
las bacterias presentan dos tipos de pared celular:
o
Grampositiva: Están
formadas por una gruesa capa de mureína a la que se unen ác. teicoicos, que es
un polialcohol unido por grupos fosfatos responsables de la carga negativa de
la pared celular.
o Gramnegativa: Estas
paredes muestran una estructura trilaminar mas compleja, que consta de los
siguientes elementos:
§
Una
membrana externa constituida por una bicapa lipídica con
diversas proteínas asociadas.
§ El
periplasma, es un material con consistencia de gel situado entre la
membrana externa de la pared celular y la membrana plasmática de la membrana.
§
Una
fina capa de mureína (una o dos) unida a la membrana externa por
lipoproteínas que atraviesan el periplasma.
La pared celular de las
bacterias cumple una serie de funciones:
o
Mantiene la forma de la célula y previene de la
lisis osmótica.
o
Posee componentes con capacidad antigénica (ác.
teicoicos)
o
Regulan el intercambio con el exterior.
o
Proporciona carga negativa a la superficie
celular.
Ø Envueltas externas.
Muchas bacterias presentan en
el exterior de la pared celular cubiertas mucosas compuestas por polisacáridos
y en ocasiones por proteínas. Las cubiertas gruesas y mas adheridas a la pared
se denominan capsulas y las mas finas y laxas capas mucosas. Las capsulas y las mucosas cumplen una serie
de funciones:
o
Protegen a la bacteria de factores tóxicos y de
la fagocitosis por otras células.
o
Evitan la desecación, ya que retienen gran
cantidad de agua.
o Permiten la adherencia a superficies y a otras
células.
Ø Citoplasma.
El citoplasma esta formado por
el protoplasma, una matriz gelatinosa de aspecto granuloso, junto con ribosomas
70s, así como diversas inclusiones de variada naturaleza y función según los
tipos celulares.
Ø Nucleoide.
En la célula procariota el
material genético no se encuentra en compartimentos, no está separado del
citoplasma. Sin embargo en la zona central del citoplasma se observa una zona
de aspecto fibrilar donde se localiza el material genético. EL material
genético esta constituido por:
o
Un cromosoma principal, formado por ADN
bicatenario, circular y superenrollado.
o
Uno o varios plásmidos, que son pequeñas
moléculas de ADN circular extracromosómico que se replican de forma
independiente al cromosoma principal.
Ø
Apendices externos.
1.
Flagelos, son
apéndices implicados en el movimiento, cuyo numero y disposición varia de una
bacteria a otra.
Clasificación de los flagelos
según el número:
o
Flagelación
monótrica.
o
Flagelación
polítrica.
Según su posición:
o
Flagelación
polar, los flagelos se sitúan en uno o ambos polos.
o
Flagelación
subpolar, los flagelos se encuentran ligeramente desplazados
respecto a los polos.
o
Flagelación
perítrica, los flagelos se disponen regularmente por toda la
superficie de la célula.
La estructura del flagelo está
formada por:
o Un filamento rígido y curvado, constituido por
flagelina que es una proteína globular enrollada helicoidalmente alrededor de
un núcleo central hueco.
o
Un codo que une al filamento a la superficie de
la célula.
o
Una estructura basal compuesta por una serie de
anillos. Dos anillos en bacterias gampositivas y cuatro en bacterias
gramnegativas.
2.
Fimbrias
y pelos.
Las fimbrias y los pelos no
intervienen en el movimiento de las bacterias.
Las fimbrias son prolongaciones
cortas, finas y numerosas en algunas bacterias, y tienen una función de
adhesión a otras células o superficies.
Los pelos, de mayor longitud,
son poco numerosos y están implicados en la unión de dos células durante la
conjugación bacteriana.
v Reproducción bacteriana.
¯ Bipartición.
El mecanismo de reproducción
habitual en bacterias es la bipartición. Mediante este mecanismo
se obtienen dos células hijas, con idéntica información en el ADN y de
contenido citoplasmático similar. Por este sistema de reproducción se puede
originar una colonia de células con material idéntico; sin embargo, esto no
ocurre debido al alto índice de mutaciones que se producen en las bacterias.
La bipartición se produce
cuando la célula ha aumentado su tamaño y ha duplicado su ADN. El ADN
bacteriano se une a un mesosoma, que separa el citoplasma en
dos y reparte cada copia del ADN duplicado a cada lado. Al final del proceso el
mesosoma se ha unido al resto de la membrana plasmática y se han formado dos
células hijas genéticamente iguales.
¯
Reproducción parasexual
En ocasiones, la célula
bacteriana tiene la oportunidad de intercambiar información genética por
procesos de recombinación. Estos procesos son la transformación, la transducción y la conjugación. En
estos procesos no hay formación de ningún tipo de gametos, por lo que no es
reproducción sexual.
¯
Transformación
Fragmentos
de ADN que pertenecían a células lisadas (rotas) se introducen en células
normales. El ADN fragmentado recombina con el ADN de la célula receptora, provocando cambios en la información
genética de ésta.
¯
Transducción
Cuando
una célula es atacada por un virus bacteriófago, la bacteria genera nuevas
copias del ADN vírico. En la fase de ensamblaje se pueden introducir fragmentos
de ADN bacteriano en la cápsida del virus. Los nuevos virus ensamblados
infectarán nuevas células. Mediante este mecanismo, una célula podrá recibir
ADN de otra bacteria e incorporar nueva información.
¯ Conjugación
Este proceso se lleva a cabo si la célula presenta el plásmido F,
que contiene la información genética para formar pili, puentes que
sirven de unión citoplásmica entre dos bacterias. La célula que presenta el
plásmido se denomina F+; la célula que no lo contiene se
llama F-. La bacteria F+(donadora de
información) se une a una bacteria F- (receptora) mediante uno
de sus pili. A través de él introduce una hebra del plásmido F, de forma que la
bacteria F- se convierte en bacteria F+.
En ocasiones el plásmido se introduce en el anillo del ADN bacteriano.
Entonces, la bacteria donadora se denomina Hfr (High frequency
of recombination). De esta forma la bacteria Hfr puede donar a otras células
cualquier gen de su ADN.
v Nutrición bacteriana.
Si consideramos
la nutrición de los procariotas, encontramos todas las posibilidades presentes
en los seres vivos. No en vano las bacterias son los primeros organismos
presentes en la Tierra
y en los miles de millones de años que llevan evolucionando se han adaptado a
todos los medios y formas de nutrición posibles:
Ø Heterótrofos
La mayoría de las
células procariotas son heterótrofas.
Es decir, consiguen su alimento incorporando
materia orgánica formada por otros seres vivos. De ellas, la mayor parte
son saprobios, lo que significa
que se alimentan de materia orgánica muerta y de esta forma contribuyen a
reciclar la materia en los ecosistemas.
Pueden realizar
tanto catabolismos aeróbicos —con
la utilización del oxígeno— como anaeróbicos,
mediante fermentaciones, muchas de las cuales son útiles para nuestras
industrias.
Hay bacterias
heterótrofas que viven asociadas a otros organismos, con provecho mutuo, serían
por lo tanto simbióticas.
Un ejemplo claro es Escherichia coli,
bacteria que vive en el tracto intestinal humano. Muchos herbívoros pueden
aprovechar la celulosa gracias a la flora microbiana de sus tubos digestivos
que contienen la enzima celulasa. Otra simbiosis es la de algunas plantas
con bacterias fijadoras del nitrógeno atmosférico (Rhizobium) en que la
planta aprovecha parte del nitrógeno fijado por la bacteria que, a su vez,
aprovecha parte de los azúcares de la planta.
Otras muchas son parásitas, se aprovechan de materia orgánica de ese otro ser
vivo causándole un perjuicio; es el caso de todas las bacterias patógenas que causan enfermedades. Algunas patógenas (clamidias, ricketsias y algunos micoplasmas) han
simplificado su estructura y sólo pueden reproducirse dentro de otra célula:
son parásitos obligados. Dentro del exótico grupo de las
mixobacterias, un tipo de bacterias deslizantes que tienen la capacidad de
agregarse varias células para formar estructuras que les permiten migrar, se
incluyen algunas que son depredadoras de otras bacterias.
Ø Autótrofos
quimiosintéticos.
La quimiosíntesis es la
formación de materia orgánica a partir de materia inorgánica utilizando la
energía producida en reacciones químicas. Las rutas metabólicas son semejantes
a las de la fotosíntesis.
En este grupo se
incluyen bacterias fundamentales en la ecología de los ciclos biogeoquímicos del
nitrógeno, del azufre y del hierro. Un grupo especial son los procariotas
metanógenos que viven en ambientes anaerobios,
como los sedimentos de fondos acuáticos, y los termófilos extremos
(arqueobacterias), que son el primer nivel trófico de los ecosistemas asociados
a los materiales que escapan del interior de la Tierra en las dorsales
oceánicas.
Ø Autótrofos
fotosintéticos.
Tienen unos
colores característicos debidos a los pigmentos con los que captan la luz. Hay
dos grandes grupos:
Las más
abundantes son las cianobacterias, células
aeróbicas con el mismo tipo de clorofila que los cloroplastos de las plantas
superiores. Fueron los primeros seres que produjeron oxígeno en la Tierra. De hecho el
oxígeno atmosférico se debe a su actividad incesante ya hace muchos millones de
años: la actual atmósfera es producto de la vida.
Algunos pueden
fijar el nitrógeno atmosférico, por lo que es probable que fueran los primeros
colonizadores del medio terrestre.
Las
llamadas bacterias verdes y las púrpuras contienen otro
pigmento diferente, la bacterioclorofíla, con la que aprovechan la energía
luminosa. En ambos grupos, las llamadas sulfúreas utilizan compuestos de azufre
reducido como donadores de electrones para los procesos biosintéticos. En ambos
grupos también, las llamadas no sulfúreas son fotoheterótrofos anaerobios que
viven en sedimentos ricos en materia orgánica y que necesitan un compuesto
orgánico como donador de electrones para las reacciones fotosintéticas. Los
halófilos extremos (arqueobacterias) viven en ambientes de elevada salinidad.
Poseen otro pigmento diferente, la bacteriorrodopsina (proteína con retinal), y
utilizan diferentes rutas metabólicas en su anabolismo para la síntesis de la
glucosa a partir del dióxido de carbono. Normalmente son organismos
heterótrofos y sólo realizan la fotosíntesis cuando los niveles de oxígeno en
el medio son bajos.
Microorganismos
eucariotas.
Las eucariotas presentan unos
compartimentos u orgánulos membranosos los cuales pueden hacer cosas
incompatibles al mismo momento, pudiendo hacer mas funciones a la vez.
Los grupos más importantes de microorganismos eucariotas
son: protozoos, algas unicelulares y hongos.
Protozoos.
Están
incluidos dentro del reino protoctistas. Son
organismos unicelulares eucariotas, heterótrofos. Carecen de pared celular.
Pueden ser móviles.
Viven en
ambientes acuáticos. Algunos son de vida libre, otros son parásitos de animales
incluidos el hombre, a los que causan enfermedades como la disentería, la
malaria o el paludismo, etc.
Se alimentan
a partir de otros organismos (bacterias, algas, etc.) o de macromoléculas
orgánicas que ingieren en disolución por pinocitosis o en estado sólido por
fagocitosis.
Se reproducen
asexualmente mediante división binaria, por división múltiple. En algunos se
dan procesos parasexuales como la conjugación.
Algunos
protozoos cuando las condiciones son adversas (falta de agua) pueden originar
formas de resistencia que les permite subsistir.
El tipo de
locomoción que presentan es una de las características que se utilizan para su
clasificación:
o
Ciliados,
utilizan cilios en la locomoción. Ejemplos: Vorticella
y Paramecio.
o
Flagelados,
utilizan flagelos para la locomoción. Ejemplo: Trypanosoma
o
Sarcodinos,
se desplazan por pseudópodos. Ejemplo: Ameba
o
Esporozoos,
son inmóviles y parásitos de animales. Ejemplo Plamodium.
Algas.
Se incluyen
en el reino protoctistas. Son organismos unicelulares eucariotas. Son
autótrofos fotosintéticos, realizan la fotosíntesis oxigénica.
La mayoría
tienen pared celular formada principalmente por celulosa y en la que puede
haber otros polisacáridos. Presentan uno o más cloroplastos, que contiene gran
variedad de pigmentos fotosintéticos (clorofila a, b, c, carotenoides y
ficobilinas) en distintas proporciones que les confieren colores
característicos.
Las algas se
pueden reproducir asexualmente y sexualmente.
Viven
preferentemente en ambientes acuáticos tanto en agua dulce como en agua salada.
Constituyen el fitoplancton, siendo la base de las cadenas tróficas de los
ecosistemas acuáticos. Debido a su actividad fotosintética son los principales
fijadores de CO2 del
planeta y los que más oxígeno aportan a la atmósfera.
Los
principales grupos de algas microscópicas son:
o
Pirrofitas. Poseen dos flagelos
o
Diatomeas. Están recubiertas por un
caparazón silíceo, a modo de caja.
o
Euglenofitas. No tienen pared celular y
tienen dos flagelos.
Hongos.
Se encuentran
incluidos dentro del reino de los hongos. Son organismos eucariotas,
unicelulares o pluricelulares. Tienen nutrición heterótrofa. Presentan paredes
celulares formadas por quitina. Se reproducen asexualmente por esporas y
sexualmente. En los pluricelulares el cuerpo tiene estructura talofítica, las células forman filamentos simples o ramificados
denominados hifas, el conjunto de todas ellas
constituye el micelio que forma el cuerpo vegetativo.
Viven en
ambientes muy diversos, algunos son acuáticos. Sin embargo, la mayoría son
terrestres y viven en el suelo o sobre materia orgánica en descomposición
(saprófitos), otros se asocian en simbiosis con algas formando líquenes, otros
son parásitos de plantas, animales y el hombre a los que causan enfermedades
llamadas micosis.
Los
principales hongos microscópicos son:
o
Los mohos, son
hongos filamentososo. Están muy distribuidos por la naturaleza, se desarrollan
sobre el pan, la fruta, queso, etc.
o
Las levaduras, son
hongos unicelulares, que se reproducen asexualmente por gemación. Se
desarrollan sobre frutas, flores, cortezas de árboles y en todos aquellos
hábitats ricos en azúcar. Pueden vivir en simbiosis con animales y algunos son
patógenos no sólo para animales, sino también para el hombre comola Cándida. Desde el punto de vista
industrial, algunas cepas de levaduras, como las del género Saccharomyces son importantes porque son
las responsables de la fermentación alcohólica interviniendo en la fabricación
del pan y de las bebidas alcohólicas (vino, cerveza).
Relación
entre los microorganismos y la especie humana.
En la naturaleza, los organismos viven en complejas comunidades formadas
por diversas poblaciones que interaccionan entre si y con el medio abiótico que
las rodea.
v El ciclo de la materia
La materia circula en la naturaleza entre los S. vivos y el medio abiótico
en un sistema cerrado en el que apenas se producen pérdidas, todos los
nutrientes son recuperados por el ecosistema, aunque parte de la energía se
pierde en forma de calor.
Los organismos productores
elaboran los compuestos orgánicos a partir de inorgánicos. La materia orgánica
elaborada por los productores es esencial para el resto de los organismos
vivos.
Los consumidores aprovechan la
materia orgánica sintetizada por los productores alimentándose directamente de
ellos o de otros consumidores.
Los descomponedores son microorganismos
que degradan la materia orgánica en descomposición y la remineralizan de forma
que puedan ser utilizadas de nuevo por los productores, de este modo se origina
un nuevo ciclo.
v Microorganismos en los ciclos biogeoquímicos.
Los microorganismos participan activamente en los ciclos debido a los
siguientes factores:
o Su amplia distribución en todo tipo de
ambientes.
o Su facilidad de dispersión.
o Su diversidad metabólica.
o Su pequeño tamaña y su condición de
unicelular.
Ø Ciclo del Carbono.
Existen dos grandes reservas de carbono en la tierra:
o Depósitos pocos activos de rocas
carbonatadas (dolomitas y calizas), carburantes fósiles y sedimentos que
difícilmente llegan hasta los S. vivos.
o La atmósfera es la reserva mas activa
biológicamente en la que el carbono se encuentra en forma de CO, CH.
¯
Ciclo biológico de Carbono.
Son tres etapas:
1. Los organismos productores autótrofos
incorporan el CO2 en la materia orgánica.
2. EL carbono orgánico es utilizado por los
consumidores aerobios, que emplean los compuestos orgánicos como fuente de
carbono y energía.
3. Los organismos descomponedores utilizan la
materia orgánica en descomposición y remineralizan el carbono a CO2,
por respiración anaerobia o por fermentación.
Las arqueobacterias metanogénicas utilizan elCO2 para producir
metano que a su vez es oxidado de nuevo hasta CO2.
Ø Ciclo del Nitrógeno.
El nitrógeno es un elemento imprescindible para los S. vivos, pues forma
parte de moléculas esenciales para la vida como ác. nucleicos o proteínas.
La principal reserva de nitrógeno es la atmósfera, en la que se encuentra
en forma de N2 muy estable químicamente. También se encuentra en el
humus orgánico y en las rocas sedimentarias. Las reservas mas activas son los
compuestos inorgánicos solubles en agua (amonio, nitrito, nitrato).
v
Ciclo biológico del Nitrógeno.
o Fijación
del nitrógeno: consiste
en la conversión del N2 gaseoso en amonio, como el N2 es
una forma muy estable, la fijación de nitrógeno en una molécula orgánica supone
un gran gasto de energía.
o Amonificación: La mayoría de los seres vivos
metabolizan el nitrógeno orgánico y producen amonio, que es excretado después
directamente como urea o ác. úrico por los organismos superiores.
o Nitrificación: La conversión de amonio en nitrato la
llevan a cabo únicamente las bacterias quimiolitotrofas, utilizan el amonio y
los nitritos, sucesivamente como fuente de energía y liberan nitratos.
o Asimilación: Este proceso implica la utilización de
amonio o nitratos por las plantas y otros organismos vivos. Los animales
asimilan el nitrógeno en la dieta.
o Desnitrificación: Consiste en la conversión de nitratos en
nitrógeno gaseoso, este proceso lo realizan las bacterias desnitrificantes, que
oxidan los compuestos orgánicos por respiración anaeróbica, utilizan el nitrato
como aceptor de electrones y liberan N2 gaseoso a la atmósfera.
Ø Ciclo del Azufre.
Las rocas y los sedimentos en los que el azufre se encuentra inmovilizado,
constituyen la reserva principal de este elemento. Sin embargo, los mares y
océanos contienen una mayor cantidad de azufre en forma de sulfato inorgánico.
Las principales transformaciones biológicas transcurren entre dos estados
de oxidación del azufre: El sulfato y el sulfuro de hidrogeno.
v
Ciclo biológico del azufre.
¤
Reducción del sulfato: El sulfato puede ser asimilado por
plantas y microorganismo que los reducen a sulfuro, que es su forma más
habitual en las M.O.
Ciertos microorganismos pueden mineralizar el azufre de los compuestos
orgánicos liberando sulfuro de hidrogeno mediante la desulfurilación.
¤
Oxidación de sulfuros y azufre elemental: La oxidación biológica de ambos a
sulfatos es también un proceso que solo lleva a cabo dos tipos de bacterias:
o Bacterias
quimiolitotrofas: Utilizan
los compuestos reducidos de azufres como fuente de energía oxidándolo hasta
sulfato.
o Bacterias
fotosintéticas anoxigénicas:
Utilizan los compuestos reducidos del azufre como donadores de electrones en la
fotosíntesis y generan sulfatos en ambientes anaerobios.
Ø Otros ciclos.
Las actividades metabólicas de los microorganismos inciden notablemente en
otros ciclos como:
¯
El ciclo del Hierro: A pesar de que el hierro constituyen uno
de los elementos mas abundantes en la corteza terrestre, se encuentra
inmovilizado para la mayoría de los S. vivos.
Los microorganismos son esenciales en varias etapas del ciclo biológico del
hierro:
o Solubilización
del hierro: El hierro férrico es
insoluble en muchos ambientes alcalinos y neutros, y algunas bacterias pueden
reducir la forma férrica a ferrosa, mas soluble, y ponerlo así a disposición de
otros organismos.
o Oxidación
del hierro: En ambientes ácidos
oxigenados, aguas de drenajes de minas o manantiales ácidos, las bacterias quimiolitotrofas del hierro utilizan el
ión ferroso como fuente de energía y lo oxidan a la forma férrica.
¯
El ciclo del Fosforo: Las reservas más activas se encuentran
en suelos y aguas en forma de fosfatos. Los componentes del fitoplancton las
plantas acuáticas, aprovechan los fosfatos e incorporan el fosforo a las
cadenas tróficas. Los microorganismo participan en el ciclo del fosforo por
transferencia de formas inorgánicas a orgánicas o bien solubilizando el fosfato
insoluble.
Los microorganismos también pueden participar en la detoxificación de
metales como el mercurio o arsénico, altamente tóxicos para otros seres vivos.
Beneficios
y perjuicios de los microorganismos para los humanos.
El ser humano entra en
contacto con multitud de microorganismo, mucho de los cuales son inocuos o
incluso ejercen un efecto beneficioso, mientras que otros causan un
desequilibrio en el estado normal del organismo originando diversas
enfermedades.
Se denomina microbiota normal al conjunto de
microorganismo asociados a un tejido, órganos o superficie corporal que no
produce en estos efectos negativos.
Los parásitos son microorganismo que viven a expensas de otros
organismos hospedadores y les causan un perjuicio. La enfermedad recibe el
nombre de patógeno por tanto la patogenicidad
se define como capacidad potencial de un microorganismo para producir una
enfermedad, mientras que la virulencia es el grado de patogenicidad. La
infección consiste en el crecimiento y colonización de microorganismos
patógenos en un individuo.
Los microorganismos que
normalmente no causan enfermedad y se convierten en patógenos solo bajo
determinadas circunstancias como la disminución de las defensas inmunitarias,
se denomina patógeno oportunistas.
Ø Microbiota normal.
La microbiota normal se
localiza principalmente en la piel, la cavidad oral y los tractos
respiratorios, intestinales y genitourinarios. Cuando el individuo esta sano y
sus defensas son altas, estos microorganismos no tienen efectos negativos, sino
que compiten con otras bacterias que si pueden tener un efecto patógeno,
evitando así su proliferación.
o En la piel y la cavidad oral proliferan
sobre todo bacterias gampositivas, estafilococos y levaduras.
o En el tracto intestinal son más comunes la
bacterias anaerobias o aerobias facultativa tanto grampositiva como
gramnegativa, como por ejemplo la Escherichia Coli
que contribuye a la digestión de ác. biliares y aportan vitaminas.
o En la mucosa genital habitan también un
elevado número de bacterias y hongos, como por ejemplo, Cándida Albicans que puede originar infecciones vaginales ante un
descenso del pH.
v Microorganismos como agentes patógenos.
Para crecer a expensas de un organismo hospedador y causar una enfermedad,
los patógenos desarrollan una serie de estrategias específicas gracias a las
cuales penetran en los tejidos, se adhieren a ellos y consiguen eludir el sist.
de defensa, invadir la célula y multiplicarse.
Ø
Entrada al hospedador.
Los microorganismos potencialmente patógenos pueden transmitirse hasta el
hospedador por diversos mecanismos:
|
Transmisión
|
Mecanismo
|
Entrada
|
Enfermedad
|
Microorganismo
|
|
Respiratoria
|
Inhalación
|
Mucosas
del tracto respiratorio
|
Gripe
|
Virus de la gripe
|
|
Meningitis
|
Neisseria meningitidis
|
|||
|
Neumonía
|
Streptococcus
pneumoniae
|
|||
|
Digestiva
|
Ingestión
|
Mucosas gastrointestinales
|
Botulismo
|
Clostriduim botulinum
|
|
Cólera
|
Vibrio cholerae
|
|||
|
Intoxicación alimentaria
|
Staphylococcus aureus
|
|||
|
Disenteria amebiana
|
Entamoeba histolytica
|
|||
|
Sexual
|
Contacto sexual
|
Mucosas genitales
|
Sida
|
VIH
|
|
Sífilis
|
Treponema pallidum
|
|||
|
Candidiasis
|
Cándida albicans
|
|||
|
Tricomoniasis
|
Trichomonas vaginalis
|
|||
|
Cutánea
|
Contacto
|
Conductos sudoríparos
|
Lepra
|
Mycobacterium leprae
|
|
Parenteral
|
Heridas,
Picaduras
|
Sis. Circulatorio
Tejidos internos
|
Peste
|
Yersinia pestis
|
|
Hepatitis B
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Virus de la hepatitis B
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Tétanos
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Clostridium tetani
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Malaria
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Plasmodium sp.
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Ø
Adhesión a los tejidos del hospedador.
La colonización se ve facilitada si los microorganismos tienen la capacidad
de adherirse a las células de los tejidos invadidos. En muchos casos, la
adherencia es especifica, en esta intervienen la capsula y las fimbrias de la
bacteria.
Ø
Invasión de las células del organismo.
En algunos casos la penetración se lleva a cabo a través de heridas o
lesiones y luego se produce la proliferación del microorganismo en el mismo
lugar de la infección. En estos casos, el patógeno debe ser transportado a
través de la sangre o la linfa hasta los órganos o tejidos diana. Algunos virus
con envoltura, pueden fusionarla con la membrana de la célula. Por último,
ciertos patógenos eucariotas desarrollan mecanismos más complejos de invasión.
Ø
Desarrollo de la infección.
Cuando es capaz de multiplicarse en la sangre y dispersarse por todo el
organismo, en muchos casos produciendo toxinas, hablamos de septicemia.
Las lesiones producidas por el hospedador pueden ocurrir por varias causas:
·
Producción de factores de virulencia: Se trata de enzimas producidas por el
patógeno.
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Factor
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Acción
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Efecto
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Ejemplo
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Hialuronidasa
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Rotura del
acido hialurónico
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Favorece
la difusión
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Staphylococcus aureus
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Colagenasa
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Disgregación
de la trama de colágeno
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Dispersión
del patógeno
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Clostridium perfringens
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Hemolisinas
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Lisis de
eritrocitos
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Debilitamiento
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Streptococcus pyogenes
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Leucocidinas
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Lisis de
leucocitos
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Disminución
de las defensas inmunitarias
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Estreptococos y estafilococos
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·
Producción de toxinas: Ciertos patógenos pueden producir
sustancias toxicas para las células y tejidos. Algunas toxinas se liberan al
exterior durante el crecimiento del microorganismo (exotoxinas) y otras son
componentes del microorganismo y solo se libera cuando este se lisa
(endotoxinas). Las exotoxinas tienen un efecto más dañino sobre el hospedador.
·
Exotoxinas: Son proteínas solubles que pueden
trasladarse desde el lugar de la infección hasta otros tejidos o células diana.
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Toxina
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Tipo
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Acción
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Efecto clínico
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Ejemplo
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Exotoxina
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Citotoxina
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Inhibe la
síntesis proteica
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Alteraciones
citológicas
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Toxina
diftérica
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Neurotoxinas
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Interfiere
en el impulso nervioso
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Inhibe la
contracción muscular
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Toxina
botulínica
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Enterotoxinas
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Aumento de
los niveles de AMPc
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Secreción
activa de agua e iones
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Toxina
colérica
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Inhibe la
síntesis proteica
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Fiebre.
Debilidad. Diarrea…
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Shigella.
Salmonella…
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·
Endotoxinas: Son los lipopolisacáridos de la membrana
externa de la pared celular en las bacterias gramnegativas, que causan diarrea,
fiebre, vómitos, etc.
Para combatir el efecto de algunas bacterias microbianas se han
desarrollado antitoxinas y toxoides.
Una antitoxina es un suero con anticuerpos dirigidos contra la toxina que
causan la neutralización de la misma y evitan sus efectos negativos. Los
toxoides son toxinas modificadas que inducen la formación de anticuerpos
dirigidos contra la proteína toxica, evitando la acción de la toxina.
Ø
Evasión de las defensas del hospedador.
Algunos microorganismos patógenos han desarrollado distintos mecanismos
para evitar el reconocimiento y la actuación de las defensas inmunitarias:
·
Protección frente a la fagocitosis: Algunos microorganismos se localizan en
sitios donde no llegan los fagocitos, y otros producen capsulas y fimbrias.
·
Supervivencia a la fagocitosis: Algunos patógenos consiguen evitar su
destrucción inhibiendo la fusión entre el lisosoma con la vesícula, y además posee una pared que
interfiere en los mecanismos de destrucción del fagocito.
·
Inmunosupresores: Sustancias que causan un daño directo
sobre los fagocitos.
· Evasión del reconocimiento del sist.
Inmunitario: Ciertos
patógenos pueden modificar sus características antigénicas para evitar ser
reconocidas.
Control
de enfermedades producidas por microorganismos.
Un agente antimicrobiano es una sustancia que mata o inhibe el crecimiento
de los microorganismos. Según el tipo de microorganismo, estos agentes pueden
ser: antibacterianos, antivíricos, antiparasitarios.
Los desinfectantes son agentes antimicrobianos que se emplean para eliminar
los microorganismos de los objetos, mientras que los antisépticos se utilizan
con el mismo fin sobre los tejidos de los seres vivos.
v Antibióticos.
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Grupo
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Ejemplo
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Microorganismo productor
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Modo de acción
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Espectro de acción
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β –Lactámicos
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Penicilinas
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Penicillium(hongos)
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Inhiben la síntesis de la pared
bacteriana
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Grampositivas y negativas
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Cefalosporinas
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Cephalosporium
(hongo)
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Aminoglucosidos
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Estreptomicina
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Streptomyces
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Inhiben la síntesis de las proteínas
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Gramnegativas
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Macrólidos
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Eritromicina
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Streptomyces
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Inhiben la síntesis de las proteínas
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Gramnegativas
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Tetraciclinas
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Clorotetracilina
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Streptomyces
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Inhiben la síntesis de las proteínas
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Grampositivas y negativas
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Quinolonas
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Ciprofloxacino
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Sintéticos
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Inhiben la replicación del ADN
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Grampositivas y negativas
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v Antivirales.
Los virus utilizan la maquinaria replicativa del hospedador para
reproducirse, por lo que resulta muy difícil desarrollar agentes
quimioterapéuticos eficaces que no tengan efectos negativos para el organismo.
o La Rifampicina es un antibiótico que inhibe la función
de la ARN
polimerasa bacteriana y la de algunos virus.
o La Azidotimidina (AZT) inhibe la transcripción inversa en
los retrovirus, se utiliza para frenar el desarrollo del retrovirus.
o El Aciclovir
inhibe la replicación de los virus con ADN, se utiliza para tratar el herpes.
En la actualidad se utilizan los interferones, proteínas que producen
muchas células animales como respuesta a una infección viral. Al unirse a
células no infectadas, provocan la síntesis de proteínas antivíricas e inhiben
la replicación del virus, se emplean en el tratamiento de la gripe, hepatitis o
herpes.
Importancia
de microorganismos en investigación e industria.
v Industrias alimentarias.
Ø
La fabricación del pan.
Los microorganismos que intervienen en este proceso son levaduras. Estos
hongos realizan una fermentación alcohólica que emplea como sustratos de la
fermentación los glúcidos presentes en la harina de trigo.
C6H12O6
2CH3-CH2OH + 2CO2
+ 2ATP
2CH3-CH2OH + 2CO2
+ 2ATP
glucosa etanol
Ø
La fabricación del vino y la cerveza.
En este proceso también interviene la levadura y realiza el mismo proceso
de fermentación alcohólica.
La fabricación del vino comienza con el prensado de las uvas para obtener
el mosto (glúcidos) y la levadura de la uva empieza a fermentar-en la
producción industrial se añaden mas levadura para incrementar el contenido de
etanol-. Cuando termina la fermentación, se elimina la turbidez que pueda tener
y se embotella para tener vinos jóvenes o se somete a un proceso de maduración
para envejecerlos.
En el caso de la cerveza, el proceso es más complicado desde el punto de
vista tecnológico, ya que implica la germinación de semillas de cebada para
obtener malta y su tueste posterior, malteado. Los glúcidos presentes en la
malta constituyen el sustrato para la fermentación. El producto final se
obtiene añadiendo algunos aditivos.
Ø
La producción de vinagre.
El vinagre se produce transformando el etanol en acido acético mediante un
proceso de oxidación que realizan las bacterias Acetobacter y Gluconobacter.
La formación del acido acético es un proceso respiratorio.
CH3-CH2OH + O2
CH3-COOH + H2O
CH3-COOH + H2O
etanol ácido acético
Ø
La fabricación de queso y leche.
En el proceso de fabricación interviene un grupo de bacterias, llamadas
bacterias lácticas, que fermentan glúcidos sencillos para producir acido
láctico.
La reacción de la fermentación láctica es la siguiente:
C6H12O6 2CH3-CHOH + 2COOH + 2ATP
2CH3-CHOH + 2COOH + 2ATP
glucosa acido láctico
Estas bacterias son muy beneficiosas para el ser humano, y están de forma
natural en la leche sin esterilizar, Lactobacillus
y Lactococcus.
v Industrias Químicas.
Muchos productos químicos de uso industrial son producidos por
microorganismos y se emplean como disolventes, lubricantes, conservantes,
colorantes, potenciadores de sabores y aromas, etc.
o Compuestos
orgánicos- Acetona,
alcoholes como: etanol, n-butanol y glicerina. Estos son empleados como
disolventes.
o Enzimas- Hoy en día se producen unas doscientas
enzimas para industrias farmacéuticas, para producir piensos y/o detergentes.
Ø Industrias farmacéuticas.
La obtención de productos farmacológicos más puros y baratos constituye uno
de los campos de aplicación de la biotecnología que más progresos ha
experimentado en las últimas décadas. Gran parte de la producción se centra en
la obtención de nuevas vacunas y antibióticos.
Ø
Obtención de Vacunas.
Actualmente, se tiende a fabricar vacunas recombinantes, obtenidas por
ingeniería genética, como el caso de la vacuna contra la hepatitis B. También
se utilizan vacunas que están formadas por algún componente del microorganismo,
como la vacuna para la meningitis meningocócica, que consiste en polisacáridos
de la cápsula de Neisseria meningitidis.
Ø
Producción de Antibióticos.
El procedimiento de obtención de la penicilina consta de varias etapas:
1. Crecimiento del hongo productor, Penicillium chrysogenum, en
fermentadores con el cultivo adecuado, a fin de conseguir las condiciones
óptimas de crecimiento.
2. Al cabo de unas 40 horas de cultivo, el
hongo ya no crece más y comienza a producir la penicilina.
3. Purificación del antibiótico, el hongo se
separa del caldo de cultivo por filtración o centrifugación y se purifica por
cristalización.
Otros tipos de antibióticos:
o Cefalosporinas:
Son antibióticos con una composición química
muy parecida a la de la penicilina.
o Estreptomicina: Producida por la bacteria Streptomyces griseus, se utilizan en el tratamiento contra la
tuberculosis.
o Cloranfenicol: Producido por Streptomyces
venezuelae, utilizado para infecciones oculares o fiebres tifoideas.
o Eritromicina: Producida por Streptomyces
erythreus, tratamiento alternativo a las personas alérgicas a la penicilina
o bacterias inmunes a la penicilina.
o Tetraciclina: Producida por Streptomyces
rimosus, es igual que la eritromicina.
Biotecnología aplicada a la
Agricultura.
La biotecnología en este campo se centra en la producción de fertilizantes,
insecticidas y piensos.
Biofertilizantes.
Muchos de los fertilizantes usados por los agricultores están formados por
nitratos que utilizan las plantas para sus procesos.
Las bacterias fijadoras de nitrógeno se pueden comercializar para añadirlas
a los suelos, y así enriquecerlos en nitrógeno para incrementar la producción
vegetal.
Ø
Insecticidas.
La bacteria Bacillus thuringiensis
produce una proteína, no toxica para los seres humanos, que actúa como un
insecticida natural.
Se producen dos efectos:
o La proteína se degrada en el intestino y
los productos resultantes atacan la pared intestinal.
o Parte de las esporas ingeridas germinan
invadiendo así otros tejidos del insecto.
Ø
Piensos.
Durante la primera guerra mundial, se desarrollo en Alemania un método para
obtener proteínas a partir de microorganismos. Este tipo de proteínas se
denominó proteína unicelular. Esta proteína posee un gran valor nutritivo.
Ø Biotecnología Ambiental.
Es posible encontrar en cualquier ambiente una población microbiana
adaptada a ese entorno que participa activamente en el reciclaje de la materia.
Esta propiedad de los microorganismos es aprovechada por diversos procesos
biotecnológicos cuya finalidad principal consiste en la conservación y
preservación del medio ambiente.
Las actuaciones biotecnológicas se centran principalmente en dos aspectos:
o Biodegradación: Consiste en la descomposición, mediante
microorganismos, de papel, pintura, textiles, hormigón e hidrocarburos.
o Biorreparación: Se utilizan microorganismos para
eliminar sustancias contaminantes del medio ambiente.
Una de las aplicaciones más interesantes de las técnicas biotecnológicas
consiste en aprovechar la capacidad de biodegradación de algunas bacterias.
Un aspecto importante de biorreparación mediante microorganismos es la
detoxificación y eliminación de los PCB, compuestos difíciles de degradar y muy
contaminantes.
Ø
Eliminación de residuos humanos.
La eliminación de residuos constituye uno de los problemas medioambientales
más graves a los que deben hacer frente los países industrializados.
Según la actividad que los origina se clasifican en:
o Urbanos: Basuras o aguas residuales de origen
urbano.
o Industriales: Aguas residuales de la industria y
compuestos altamente contaminantes.
o Agrícolas: Residuos vegetales, insecticidas,
herbicidas, fertilizantes y productos empleados en la agricultura.
Ø
Producción microbiana de compuestos
biodegradables.
Los residuos plásticos constituyen un problema ecológico realmente grave,
ya que muy pocos microorganismos son capaces de degradarlos.
Algunas bacterias almacenan sus reservas de carbono en forma de compuestos
llamados poli-beta-hidroxialcanos o poli-hidroxialcanoatos (PHA), estos
compuestos son verdaderos plásticos, por lo que son biodegradables.
Ø Biotecnología y minería.
Hoy en día se utilizan microorganismos para la extracción de ciertos
metales, uranio o petróleo. Algunas de ellas son:
o Biolixiviación: Cuando en zonas mineras se encuentran
menas metálicas con baja concentración del metal, se utilizan bacterias como Thiobacillus ferrooxidans, que provocan la Solubilización del
metal o metales permitiendo su obtención a bajo coste.
o Recuperación
de petróleo cautivo: La primera
parte del petróleo se extrae por la propia presión del yacimiento, y la segunda
inyectando agua o gases. Con este sistema se extrae el 50% del petróleo, por lo
que se inyecta a presión agua espesada con polisacáridos de origen bacteriano, llamados
goma de xantano.
