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Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Ingeniería en:
Biotecnología
Programa de la asignatura:
Microbiología y taxonomía microbiana
Clave:
200920416
190920416
ESAD
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Unidad 1. Taxonomía microbiana
Antes del descubrimiento de los microorganismos se creía que todos los seres vivos que
existían eran plantas y animales, sin embargo durante el siglo XIX se comprobó que los
microorganismos tienen propiedades tanto de plantas y animales. En 1866, Haeckel
propuso que los microorganismos se incluyeran en un clado separado, el del los Protistas,
que incluía a: algas, hongos, protozoarios y bacterias. Sin embargo a mediados del siglo
XX las nuevas técnicas de microscopía electrónica, revelaron que las bacterias por su
estructura celular difieren fundamentalmente de los otros tres grupos; por lo que se
localizan dentro del reino Monera, ya poseen un tipo de estructura celular más primitiva
llamada procariótica. Linneo un estudioso de la botánica nacido en Suecia categorizó un
enorme grupo de especies estableciendo divisiones que las agrupaban para su estudio,
muchas de esas categorías son usadas en la actualidad (Solomon et al., 2008).
La clasificación Linneana es la denominada clasificación binomial, que se escribe en latín
y denomina a las especies y géneros de cada ente vivo, estableciéndose así un lenguaje
científico adoptado internacionalmente.
Existen 5 reinos en orden evolutivo: Monera (se incluyen a las bacterias y a las algas
verde-azules o cianobacterias, no tienen núcleo ni orgánulos definidos), Protista (incluye a
los microorganismos eucariotas, como algas rojas y pardas; y los protozoos), Fungi y/o
Hongos (no son plantas aunque parezcan, poseen células eucariótas con su núcleo y
paredes celulares definidas pero carentes de pigmentos fotosintéticos), Plantae y/o
plantas (presentan pigmentos fotosintéticos) y Animalia y/o animales (que incluye a todos
los animales invertebrados y vertebrados). La mayor parte del mundo científico utiliza hoy
estos cinco reinos para clasificar al mundo de la diversidad biológica; por lo que al
biotecnólogo le serán de gran utilidad el conocer a los microorganismos para usarlos a
nivel industrial y en beneficio del ambiente que lo rodea (Solomon et al., 2008).
Presentación de la unidad
La importancia de estudiar taxonomía microbiana radica en conocer las investigaciones y
logros científicos, mediante análisis taxonómicos, donde el alumno desarrollará
habilidades para identificar los sistemas de clasificación de microorganismos y como es
que llevan a cabo su proliferación de tal manera que se apliquen los conocimientos
adquiridos para la elaboración de un ensayo.
Propósitos
- Analizarás la forma de nombrar a los microorganismos y su importancia dentro del
ámbito ambiental e industrial.
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- Incorporarás los conceptos fundamentales de taxonomía microbiana con el fin de
entender el desarrollo cuantitativo de las bacterias, lo cual posteriormente te permitirá
desarrollar habilidades para la investigación, resolución de problemas y toma de
decisiones.
Competencia específica
Analizarla taxonomíaycrecimientobacteriano mediantela
comprensióndesusfundamentos ybeneficios para proponermejorasalos
distintosprocesos biotecnológicos.
1.1. Definicióndetaxonomía
La taxonomía es un área de la ciencia biológica que comprende tres disciplinas diferentes:
clasificación, nomenclatura e identificación.
La taxonomía se divide en:
Microtaxonomía: su objetivo es identificar, describir y delimitar especies.
Macrotaxonomía: su finalidad es construir clasificaciones de los taxones y se auxilia
de la microtaxonomía (Solomon et al., 2008).
Ahora bien, para llevar a cabo la clasificación de las bacterias, los taxónomos bacterianos
se vieron forzados a buscar, además de las características estructurales, diferentes tipos
de propiedades como las bioquímicas, fisiológicas y ecológicas. Dicha clasificación se
basa en atributos funcionales, ya que la mayor parte de las bacterias sólo pueden
identificarse por lo que hacen y no simplemente por su apariencia. Esto representa un
problema adicional para el taxónomo bacteriano, el estudio de estas propiedades
funcionales conlleva a la realización de experimentos, por lo tanto éste nunca podrá estar
seguro de haber llevado a cabo los experimentos adecuados con fines taxonómicos:
podría ocurrir que omitiera la realización de ciertos experimentos que indicaran la
existencia de agrupamientos significativos dentro de una colección de cepas. Sin
embargo, está tomando auge una nueva alternativa biotecnológica que podría resolver
pronto el problema, son las técnicas moleculares para la caracterización genotípica
bacteriana, que proporcionan una posible base objetiva para la definición de especie
bacteriana (Tórtora, 2008).
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En el siglo XVIII, Carlos Linneo desarrolló un sistema de
clasificación para nombrar a los microorganismos como
una forma de facilitar la comunicación eficaz entre los
microbiólogos, por lo que se le conoce como el Padre de
la Taxonomía, que es la ciencia encargada de la
clasificación y denominación de la gran variedad de
especies existentes (Solomon et al., 2008).
Carlos Linneo (1707-1778)
(http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Carl_von_Linn%C3%A9.jpg)
La taxonomía (del griego ταξις, taxis, "ordenamiento", y νομος, nomos, "norma" o "regla")
es la ciencia de la clasificación; está relacionada con la Sistemática, que se refiere a la
clasificación o agrupamiento sistemático de los organismos en grupos o categorías
llamados taxa (del griegoταξις, transliterado como taxis, "ordenamiento"), por lo tanto es
un grupo de organismos emparentados, que en una clasificación dada han sido
agrupados, asignándole al grupo un nombre en latín, una descripción, y un "tipo", de
forma que el taxón de una especie es un espécimen o ejemplar concreto. La taxonomía
se divide en tres partes:
a) Clasificación: es el agrupamiento ordenado de unidades dentro de unidades mayores.
b) Nomenclatura: es la denominación de las unidades definidas tomando en cuenta su
clasificación.
c) Identificación: hace uso del criterio establecido por la clasificación y nomenclatura
mencionadas, ya que los microorganismos se identifican comparando las
características de las unidades desconocidas y las conocidas.
1.1.1.Nomenclatura
Como se mencionó anteriormente, la nomenclatura es una de las partes de la taxonomía
y, respecto a ésta, existen códigos como el zoológico, botánico y bacteriológico que se
basan en determinados principios comunes mediante el sistema de clasificación de
Linneo, el cual se denomina sistema binomial de nomenclatura, donde a cada especie
se le asigna un nombre compuesto de dos partes: la primera designa el género, y la
segunda el epíteto específico, los cuales se escriben en letra cursiva; los dos anteriores
forman el nombre científico de cada especie. Es importante destacar que el epíteto
específico siempre debe ir precedido del nombre del género abreviado o completo
(Solomon et al., 2008).
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1.1.3.Biología sistemática
En el sistema binomial de nomenclatura se agrupa a las especies dentro de un género
común, estos a su vez se constituyen en familia, las cuales a su vez se agrupan en
ordenes, los ordenes en clases, las clases en filums ó filo (phylum, plural phyla que es un
tipo de organización),los filums forman reinos y los reinos dominios (Solomon et al., 2008).
Categoría o nivel
taxonómico
Características
Especie Organismo que solo se
puede reproducir con otro de
su misma especie
Género Grupo de especies
relacionadas.
Familia Grupo de géneros
relacionados.
Orden Grupo de familias
relacionadas.
Clase Grupo de órdenes
relacionadas.
Filum o Phylum Grupo de clases
relacionadas.
Reino Grupo de phyla relacionados
Dominio Grupo de reinos.
Vida Las especies que habitan el
planeta.
Niveles taxonómicos
La forma de nombrar a los microorganismos es mediante la clasificación en grupos de una
serie grande de microorganismos; los cuales deben parecerse entre sí con un grado
mayor de semejanza que los miembros de otro grupo.
De esta manera, el objetivo del nombre científico es el de poseer un único nombre que
pueda ser utilizado en todo el mundo, en cualquier lengua, para referirse a un único taxón
(Solomon et al., 2008).
Los nombres científicos son en latín, o latinizados. A continuación se muestran algunos
ejemplos:
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Nombre vulgar Nombre científico
Perro Canis familiaris o C. familiaris
bacteria que causa el cólera Escherichia coli o E. coli
bacteria causante de la fermentación del
yogurt
Lactobacillus bulgaricus o L. bulgaricus.
Los nombres científicos no son muy usuales, puesto que se escriben en latín y es muy
difícil su pronunciación; por lo que es preferible usar el nombre vulgar o común a pesar de
que suele variar según las localidades o regiones.
Actividad 1. Archivo evolutivo
En esta actividad ejercitarás el dominio de nomenclatura analizando la clasificación
taxonómica de dos microorganismos distintos.¿Estás de acuerdo en la forma de nombrar
a los organismos que nos rodean como lo propuso Linneo?Con base en lo que has
aprendido menciona que clasificación propondrías tú si fueses taxónomo, realiza lo que a
continuación se te pide:
1. Elige dos microorganismos diferentes.
2. Por medio de un cuadro comparativo,describe la clasificación taxonómica de cada uno
de elloshaciendo énfasis en sus diferencias
3. Apoyatu trabajo con imágenes y sé cuidadoso con la ortografía.
4. Guarda tu documento con la nomenclatura MTM_U1_A1_XXYZ y envíalo a tu
Facilitador(a) mediante la sección de Tareas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu Facilitador(a) puede detectar esta situación sin dificultad; tu
formación exige que desde esta etapa todo producto o tarea que reportes sea totalmente
original y propio de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud
se proyecte directamente en tu práctica profesional.
1.4.1. Árboles filogenéticos
La clasificación moderna a menudo recibe el nombre de sistemática, porque se basa en
relaciones evolutivas entre los organismos. Muchos taxónomos utilizan la sistemática ya
que tratan de reconstruir la historia evolutiva o filogenia (producción de los filums) de los
organismos.Por lo tanto un árbol filogenético muestra las relaciones evolutivas entre
varias especies u otras entidades que se cree que tienen un ancestro en común; es una
forma de cladograma (Solomon et al 2008).
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Un cladograma es un diagrama representativo en la clasificación taxonómica de los
organismos, en el que se muestra la relación entre distintas especies según una
característica derivada, resultado del análisis cladístico de una especie. Los cladogramas
son importantes herramientas filogenéticas para el estudio de conceptos científicos.
En biología, se utilizan árboles parecidos a los genealógicos para representar cómo se
encuentran emparentados evolutivamente los organismos, se les conoce como árboles
filogenéticos. En los árboles genealógicos se utiliza información proporcionada por los
familiares y para los árboles filogenéticos se usa información proveniente de fósiles, así
como aquélla generada por la comparación estructural y molecular de los organismos
(Solomon et al., 2008).
Árbol filogenético de la
vidahttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Phylogenetic_tree-es.png
En la figura anterior se explica a manera de árbol filogenético el origen evolutivo de la vida
en el planeta, de acuerdo a las características morfológicas de dichos organismos,éstos
van desde las formas sencillas como las bacterias hasta las más complejas como las
plantas y animales (Solomon et al., 2008).
Debido al origen evolutivo de las especies, estas pueden tener diferentes formas de
árboles filogenéticos:
Monofiléticos: es un grupo de organismos que tiene un antepasado común con todos y
cada uno de sus descendientes.
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Árbol monofilético
http://www.ual.es/GruposInv/myco-ual/galer13.htm
Parafilético: si faltan algunos de los descendientes, los cuales han sido incluidos en otros
grupos.
Árbol parafilético
http://www.ual.es/GruposInv/myco-ual/galer13.htm
Polifilético: si contiene organismos de varios clados, es decir, que no proceden de un
antepasado común cercano; simplemente, se han reunido por conveniencia de los
investigadores.
Árbol Polifilético
http://www.ual.es/GruposInv/myco-ual/galer13.htm
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Actividad 2. Bacterias fichadas
Con la finalidad de reforzar lo visto anteriormente sobre árboles filogenéticos, en esta
actividad profundizarás en el conocimiento de las relaciones que existen dentro del árbol
filogenético enfocado a las bacterias patógenas y especies de microorganismos que
causan enfermedades comunes en México.
1. Realiza una lista de cuatro especies de bacterias que causan enfermedades en
México y coloca entre paréntesis la enfermedad provocan.
2. Analizala siguiente cuestión, tomando en cuenta su distancia filogenética y
metabolismo:¿Cuál es la relación filogenética entre ellas?En un documento de Word,
construye un árbol filogenético que lo explique
3. Ingresa a la base de datos y comparte con tus compañeros tu listado, el árbol
filogenético que construiste y la respuesta a la pregunta.
Nota:Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu Facilitador(a) puede detectar esta situación sin dificultad; tu
formación exige que desde esta etapa todo producto o tarea que reportes sea totalmente
original y propio de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud
se proyecte directamente en tu práctica profesional.
1.2. Crecimientoindividualypoblacional
El crecimiento bacteriano implica un aumento ordenado en el número de células
(población) y de los componentes celulares de un organismo del estado inmaduro al
estado adulto; incluye inmersamente la división de una bacteria en dos células hijas en un
proceso llamado fisión binaria, bipartición, las células hijas resultantes serán
genéticamente idénticas a la célula original. De este modo tiene lugar la "duplicación
local" de la población bacteriana. Las dos células hijas creadas tras la división no
sobreviven necesariamente (Brooks, 2011)
Sin embargo, si el número de supervivientes supera la unidad, la población bacteriana
experimenta un crecimiento exponencial. La medición de una curva del crecimiento
exponencial de las bacterias en un cultivo ha sido tema de estudio de los microbiólogos.
Los procesos fundamentales empleados para ello son la enumeración bacteriana
(recuento celular) por métodos directos e individuales (microscopía), métodos directos y
masivos (biomasa), por métodos indirectos e individuales (conteo de colonias), o por
métodos indirectos y en bloque (número más probable (NMP), turbidez, absorción de
nutrientes).
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El objeto de estudio del biotecnólogo es reconocer de manera teórica el crecimiento
bacteriano en un cultivo que conlleva a resumirse en cuatro fases diferentes: fase Log,
fase exponencial, fase estacionaria y fase de declive o muerte; y de esta manera podrá
aplicar los conocimientos a nivel industrial y ambiental dichos microorganismos para un
beneficio específico tomando en cuenta factores del ambiente tanto abióticos como pH,
Temperatura en °C, O2, (oxigeno), presión osmótica, nutrientes (CHONSP) y bióticos
como la competencia por los nutrientes, depredación y lisis viral (Tórtora, 2008).
Las células bacterianas son microorganismosunicelulares que presentan un tamaño de
unos pocos micrómetros (0.5 a 5 μm) y diversas formas incluyendo esferas (cocos),
barras (bacilos) y hélices (espirilos) (Fig. 7). Las bacterias son procariotas (no tienen
núcleo definido ni presentan orgánulosmembranosos internos), poseen una pared celular
compuesta de peptidoglucanoestructura básica de la pared celular de las bacterias; la
molécula es un copolímero formado por una secuencia alternante de N-acetil-glucosamina
y el Ácido N-acetilmurámico unidos mediante enlaces β-1,4. Muchas bacterias disponen
de flagelos o de otros sistemas de desplazamiento y son móviles. Del estudio de las
bacterias se encarga la bacteriología (rama de la microbiología) (Tórtora, 2008).
Respecto al tamaño de las bacterias que son microscópicas, hablemos primero cuando
medimos la longitud de un objeto, estamos viendo cuantas veces entra una unidad de
medida en el largo del objeto. La unidad de medida de la longitud es el metro (m). El
sistema de unidades de medida que incluye al metro junto a sus múltiplos y submúltiplos
se llama Sistema Métrico Decimal.
Múltiplo Submúltiplos Longitudes microscópicas
miriámetro 1 mam =
10,000 m
Metro m Micrómetro 1μm = 0.001 mm
kilómetro 1 km = 1,000 m Decímetro 1 dm = 0.1 m 1 mm = 1000 µm
hectómetro 1 hm = 100 m Centímetro 1 cm = 0.01 m 1 µm = 0,001 mm = 1 × 10-3
mm
decámetro 1 dam = 10 m Milímetro 1 mm = 0.001 m 1 µm = 0,000 001 m = 1 × 10-
6 m
1 m = 10 dm = 100 cm = 1
mm
1 m = 1 000 000 µm
Conversiones para determinar las diferentes longitudes
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Morfología de las bacterias
http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Morfolog%C3%ADa_bacteriana.jpg
Generalmente el crecimiento de las bacterias es porque se reproducen ya sea por
bipartición o fisión binaria (forma asexual); tras la duplicación del ADN, que está dirigida
por la ADN-polimerasa que se encuentra en los mesosomas, la pared bacteriana crece
hasta formar un tabique transversal separador de las dos nuevas bacterias. También
presentan reproducción sexual o parasexual (intercambian fragmentos de ADN) (Tórtora,
2008).
Es importante distinguir el crecimiento individual de células y el crecimiento de
poblaciones de células:
Crecimiento individual: es el incremento de una célula respecto al tamaño y peso, es
usualmente un preludio a la división celular
Crecimiento poblacional: es el incremento en el número de células como una
consecuencia del crecimiento y división celular
El crecimiento microbiano se divide principalmente en cuatro etapas que son:
Etapas del crecimiento bacteriano
(Tórtora et al, 2007)
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a) Fase Lag o de rezago
Este periodo consiste en la adaptación de las células microbianas a su nuevo ambiente.
En esta fase, las células microbianas no tienen muchos metabolitos y enzimas, debido a
las condiciones desfavorables que representaba el cultivo previo. En este lapso de tiempo
se forman las enzimas y los metabolitos intermedios hasta alcanzar las concentraciones
necesarias para reiniciar el crecimiento (Tórtora, 2008).
Este periodo se puede prolongar en el caso de que el medio de cultivo previo y las
condiciones actuales resulten tan diferentes que las células sean genéticamente
incapaces de sobrevivir, por lo que sólo unas cuantas mutantes podrán subsistir, y
obviamente se requerirá más tiempo para que éstas se multipliquen lo suficiente y sea
notorio el aumento de células (Tórtora, 2008).
b) Fase exponencial
En esta fase las células se encuentran en un estado de crecimiento sostenido. Se
sintetiza nuevo material celular a una tasa constante (tasa = relación entre la cantidad y la
frecuencia de un fenómeno), pero éste material es en sí catalítico y la masa aumenta de
manera exponencial, es decir crece muy rápidamente en el tiempo. Matemáticamente
exponencial se refiere elevar un número o -base- X a un determinado –exponente- ―y‖ (xy);
por ejemplo, si la base x es igual a 2 y el exponente y es igual a 4; la potencia será 24 lo
cual equivale a 2x2x2x2 = 16. Para el caso del crecimiento microbiano por razones y
resultados experimentales la base de potencia que se considera es el número –e- que es
la base de los logaritmos de Neper, el cual es un número importantísimo en la naturaleza
que vale e = 2.7182818284; por lo tanto sus potencias se escriben y = ex o x = ey.
El crecimiento continuará hasta que uno o más nutrimentos se agoten, o hasta que se
acumule tal cantidad de metabolitos tóxicos que se inhiba el crecimiento. El nutrimento
limitante para los organismos aerobios suele ser el oxígeno: cuando la concentración
bacteriana es de aproximadamente 1 x 107 ml es necesario incrementar el ingreso de
oxígeno mediante agitación o burbujeo; pero cuando la concentración alcanza 4 o 5 x 109
bacterias por ml, la tasa de difusión de oxígeno no puede satisfacer las demandas aun en
un medio aireado, por lo que el crecimiento disminuye progresivamente (Tórtora, 2008).
A diferencia del crecimiento exponencial, el crecimiento lineal sólo implica que se está
aumentando en solo una unidad la masa con respecto al tiempo.
c) Fase estacionaria
Ante el agotamiento de nutrimentos en el medio o la acumulación de metabolitos tóxicos
el crecimiento cesa por completo después de un periodo de decrecimiento en la tasa de
crecimiento. Por lo general en esta fase se observa recambio celular, lo cual se debe a
que, aunque existe una pérdida lenta de células por muerte, dicha pérdida se compensa
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exactamente por la formación de nuevas células a través de crecimiento y división. Así, la
cifra de células viables se mantiene constante, aunque en realidad en el conteo aumente
poco a poco el número de células, si se cuentan también las muertas (Tórtora, 2008).
Para comprender lo anterior debemos considerar que, para una célula microbiana, muerte
significa la pérdida irreversible de la capacidad para reproducirse (crecer y dividirse), lo
cual se comprueba cuando una célula es incapaz de producir una colonia en cualquier
medio. De lo anterior se deriva que designar a una célula microbiana como muerta no
implica su destrucción física. La duración de esta fase depende de la naturaleza del
microorganismo y de las condiciones del medio.
d) Fase de declinación y/o muerte
Esta fase representa el decremento de células debido al aumento progresivo de la tasa de
mortalidad, misma que tarde o temprano alcanza un valor sostenido. Por lo general, una
vez que la mayoría de las células ha muerto, la tasa de mortalidad disminuye
bruscamente, por lo que un número pequeño de sobrevivientes pueden persistir en cultivo
por meses o años. Dicha persistencia puede deberse a que las células consiguen crecer
gracias a los nutrimentos liberados por las células que mueren y se lisan, observándose
recambio celular (Tórtora, 2008).
1.2.1.Tasadecrecimientoy tiempodegeneración
El crecimiento microbiano que es el cambio en el número de células por unidad de tiempo
determinada. El tiempo juega un papel muy importante para que la célula se divida en
dos, el cual puede ser desde minutos, horas y hasta días.
Tasa de crecimiento: es el cambio del número de células o masa por unidad de tiempo
Generación: intervalo para la formación de dos células provenientes de una.
Tiempo de generación: tiempo que tarda una población en duplicarse. Se puede definir
también como la cantidad de tiempo requerida para completar un ciclo de división.
Factores que influyen en el crecimiento
a. Factores externos
Condiciones ambientales o culturales: pH, T° (en escala centígrada = grados centígrados
°C), disponibilidad de H2O, O2, CO2 y tiempo.
Condiciones nutricionales: Tasa C/N 10:1, 12:1, azufre y otros microelementos.
b. Factores internos
Estos factores son inherentes a cada microorganismo o especie en particular,
principalmente se refiere a su capacidad metabólicapara transformar los nutrientes que
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consume en elementos que pueden utilizarse para su crecimiento, reproducción y el
mantenimiento de sus condiciones de vida, el metabolismo le permite adaptarse a los
cambios en su medio permitiéndole sobrevivir, sin embargo estosfactores internos pueden
verse modificados cuando los factores externos ejercen mucha presión sobre el
microorganismo, en ocasiones la presión es tal que sobrepasa la capacidad de un
microorganismo para adaptarse, lo conlleva a la muerte. Un ejemplo claro de esta
situación es el efecto que los antibióticos tienen sobre el crecimiento de microorganismos
patógenos.
1.2.2.Crecimientoexponencial ysincrónico
El crecimiento de una población resulta de la suma de los ciclos celulares de todos los
individuos de dicha población.
Crecimiento exponencial: durante el crecimiento exponencial, la tasa de crecimiento de
las células (medida en gramos de biomasa producida por hora), cuando el crecimiento no
es limitado por los nutrimentos, se puede obtener multiplicando la constante de la tasa de
crecimiento por la concentración de biomasa. La constante de la tasa de crecimiento es la
tasa a la cuál las células producen más células, y el valor que esta toma se interpreta
como los gramos de biomasa producidos por cada gramo de biomasa preexistente
creados en una hora.
El crecimiento se denomina exponencial porque la biomasa se incrementa
exponencialmente con respecto al tiempo. De lo anterior se deriva que, si graficamos el
logaritmo de la concentración de la biomasa (o celular) en función del tiempo, como
ocurre en la curva del crecimiento, obtendremos una línea recta como representación de
esta fase (Tórtora, 2008).
Crecimiento sincrónico: todas las células se encuentran simultáneamente en la misma
fase del crecimiento celular. Los cultivos sincrónicos son muy difíciles de mantener por lo
que su importancia está principalmente ligada a los estudios básicos de biología
microbiana. Sin embargo, en la naturaleza, las bacterias del suelo se encuentran en
condiciones de crecimiento próximas a la fase estacionaria (en la que se produce una
cierta sincronización del cultivo) y, por consiguiente, durante cierto tiempo las poblaciones
naturales probablemente se comporten como relativamente sincrónicas (Tórtora, 2008).
1.2.3.Determinacióndel crecimiento
Existen diferentes sistemas para detectar y medir el crecimiento de microorganismos. Se
mide por cambios sucesivos en el número de células o por el peso de la masa de las
células. Existen varios métodos para contar las células o estimar la masa de éstas
(Brooks, 2011).
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Formas de visualizar el crecimiento bacteriano
Caja petri autoría nuestra de practica en el laboratorio (crecimiento bacteriano colonias
blancas) y Tubos de ensaye color amarillo indica presencia de colonia
Recuento de células
1) Conteo de células al microscopio: se emplea un dispositivo graduado con 25 cuadrados
cuyo volumen y área es conocido: Cámara de Petroff-Hausser, cámara de Neubauer,
hemocitómetro.
Limitaciones:
Es muy cansado, no es práctico para un gran número de muestras.
No es muy sensible, se necesitan al menos 106 bacterias/ml para que sean
observadas al microscopio
No distinguen células vivas de muertas.
http://www.unad.edu.co/fac_ingenieria/pages/Microbiologia_mutimedia/3_4_3recue
nto.htm
Dispositivo graduado para el conteo de células bacterianas
2). Conteo de células viables: una célula viable es definida como aquélla que es capaz de
dividirse y formar una colonia en el medio de cultivo. El conteo en placas es el método
más utilizado.
Pueden ser:
Diseminación en placa (siembra en placa por extensión).
Se asume que cada colonia surgió de una célula única, contando el número de colonias
uno puede calcular el número de células viables en la muestra.
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Método de vaciado en placa.
Forma de contar células bacterianas en placas de agar
1.2.4.Medida demasamicrobiana
Métodos directos: estos métodos requieren preparaciones limpias, sin partículas extrañas.
1. Determinación del peso húmedo:
se tara (calibrar hasta que la balanza especifique el peso real) un tubo de
centrífuga
se centrifuga el cultivo y se elimina el sobrenadante
se determina el peso del sedimento.
Inconvenientes: grandes errores, debido al líquido intercelular retenido,
cuya cuantía depende a su vez de la forma y tipo de agrupaciones de la
cepa, intensidad del empaquetamiento, etc.
2. Determinación del peso seco: como el anterior, pero el sedimento se seca antes
de ser pesado (105oC, toda la noche), hasta peso constante. Las medidas de peso
seco suelen representar el 10-15% de los valores de peso húmedo.
Inconvenientes: método tedioso (requiere mucho tiempo) y con bastantes
errores: es difícil pesar menos de 1 mg con exactitud en las balanzas
habituales de laboratorio. 1 mg de peso seco equivale a unas 5x109
bacterias.
3. Determinación del nitrógeno total: técnica de micro-Kjeldahl.
4. Determinación de un componente característico: peptidoglucano, ADN, ARN,
proteínas, entre otros.
Métodos indirectos: se determina mediante lo que se observa, sin necesidad de una
característica especial para su visualización.
1. Medida de consumo de nutrientes o de producción de algún metabolito por
unidad de tiempo. Ejemplos: consumo de oxígeno (QO2) y consumo de
carbónico (QCO2), determinados por el respirómetro de Warburg. Producción
de ácidos.
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2. Métodos turbidimétricos (ópticos). La base común de estos métodos consiste
en la medición de la cantidad de luz dispersada o transmitida a través de un
cultivo bacteriano.
3. Medición de luz transmitida:
Escala de MacFarland: Se trata de una serie de patrones de turbidez (no son claros o
transparentes como el agua) previamente calibrados. Consiste en varios tubos de
vidrio herméticamente cerrados que contienen {1% de Cl2Ba + cantidades crecientes
de H2SO4 (ácido sulfúrico) al 1%}; por lo tanto, en cada tubo se origina un precipitado
de SO4Ba, origen de la turbidez. Para cada cepa bacteriana hay que establecer la
equivalencia entre la turbidez de cada tubo y la masa o la concentración de bacterias
(en céls/ml) que genera una turbidez similar. Se trata de una serie de patrones de
turbidez previamente calibrados. Consiste en varios tubos de vidrio herméticamente
cerrados que contienen {1% de Cl2Ba + cantidades crecientes de SO4H2 al 1%}; por lo
tanto, en cada tubo se origina un precipitado de SO4Ba, origen de la turbidez. Para
cada cepa bacteriana hay que establecer la equivalencia entre la turbidez de cada
tubo y la masa o la concentración de bacterias (en céls/ml) que genera una turbidez
similar.
Espectrofotómetro: Este aparato es de uso habitual en cualquier laboratorio de
Microbiología o Bioquímica. Mide la densidad óptica (D.O.), es decir la absorbancia.
D.O. = A = -logT/100
donde T= transmitancia
Nefelómetro: Es un aparato similar al anterior, pero el dispositivo sensor está situado
en ángulo recto respecto de la dirección de la luz incidente, y lo que se mide es pues,
la luz dispersada directamente por la preparación. Posee mayor sensibilidad que el
espectrofotómetro.
1.2.5.Medida del número de individuos
Métodos directos: se mide lo que se observa a simple vista o con ayuda de equipo
especial.
1. Cámara de recuento de Petroff-Hauser: Consiste en un portaobjetos especial con una
graduación en superficie y unas medidas muy concretas:
excavación con 0.02 mm de profundidad
área de 1 mm2, dividida en un retículo de 25 cuadrados grandes
cada cuadrado grande está subdividido a su vez en 4x4 = 16 cuadrados pequeños.
O sea, la muestra se distribuye en 16X25 = 400 celdillas (cuadros pequeños).
La muestra, una vez dispensada entre el porta y el cubre, se deja reposar sobre la
plataforma del microscopio durante unos minutos, y se cuenta el número de células
en varias celdillas (normalmente en 16, equivalentes a uno de los cuadros grandes).
Se anota el número n de células observadas en esas 16 celdillas. Entonces, la
concentración celular es fácil de establecer:
n x 25 x 50 x 1000 = concentración en células/ml.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Ventajas: es un método muy rápido
Inconvenientes: sólo sirve para suspensiones relativamente concentradas (>10x106
céls./ml). Por debajo de este valor el número de células vistas en el campo del
microscopio es muy pequeño y poco significativo estadísticamente. En bacterias
móviles, hay que inmovilizarlas previamente, con una mezcla de alcohol y agua.
2. Recuento en preparaciones teñidas: Se dispone de un porta con una excavación
circular (de área At) con un volumen conocido (v). Sobre esta excavación se extiende
la muestra con asa de siembra o con micropipeta, y se fija y tiñe por algún colorante.
Se observa con un microscopio dotado de un juego de ocular y objetivo que delimitan
un área de campo (Ac). Si en dicho campo se cuentan n bacterias, la concentración de
bacterias por mililitro será: n·At/Ac· 1/v
3. Recuento proporcional de Wright: Se mezcla la suspensión bacteriana problema con
una cantidad conocida de bolitas de látex o de hematíes (células sanguíneas =
sangre). La concentración bacteriana se deduce de la proporción de bacterias y
partículas observadas en el mismo campo microscópico. Este método se emplea más
frecuentemente en Virología.
4. Contadores electrónicos de partículas (tipo Coulter): Se hace pasar una suspensión
bacteriana por un tubo capilar, entre los dos polos de una corriente eléctrica. Cada vez
que por un orificio (30 mm diámetro) pasa una partícula (p. ej., bacteria) se interrumpe
la corriente, lo cual es recogido por un dispositivo de registro electrónico, que detecta el
número y el tamaño de las partículas que van pasando. (El tamaño detectado es
función de la intensidad del pulso de voltaje al paso de la partícula). Recientemente se
ha introducido la citometría de flujo activada por fluorescencia (FACS). Es una
sofisticada modificación en la que las partículas a contar se marcan previamente con
un anticuerpo monoclonal anticuerpo homogéneo producido por una célula híbrida
producto de la fusión de un clon de linfocitos B descendiente de una sola y única célula
madre y una célula plasmática tumoralu otro ligando específico hacia alguna molécula
de superficie, unidos a su vez a un fluorocromo, una molécula que emite fluorescencia
al incidir sobre ella un haz de luz láser.
Métodos indirectos: Son métodos que miden el número de bacterias viables (que no
equivale al de totales).
1. Método del número más probable: Su fundamento estriba en la distribución de Poisson:
una distribución aleatoria de partículas en una serie de muestras iguales, en función
del número medio de partículas presentes en una suspensión (presencia y ausencia de
microorganismos).
La técnica consiste en sembrar alícuotas de la suspensión original problema sobre un
medio líquido o sólido adecuado; tras el tiempo de incubación adecuado se anota la
proporción obtenida de muestras donde no se haya dado crecimiento, P0 (x = 0).
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Entonces, según la distribución de Poisson: P0= e—m y por lo tanto es fácil calcular el
valor de m: m = -lnP0
Conteo de numero más probable (NMP) para bacterias
http://www.uprm.edu/biology/profs/massol/manual/p4-nmpenumeracion.pdf
2. Recuento de viables en placa: Como esta técnica será explicada al alumno en clase, y
además la realizará en las prácticas, remitimos a las pertinentes explicaciones "en
vivo". Es una de las técnicas de recuento más usadas en la rutina del laboratorio de
Microbiología.
Precauciones:
para minimizar los errores estadísticos de muestreo (para que los resultados
san concretos y creibles), se recomienda sembrar 5 placas de cada dilución,
porque llega haber ocasiones en donde no crece nada.
hay que usar pipetas nuevas en cada dilución.
contar las placas donde existan entre 50 y 300 colonias.
3. Determinación de la proporción células viables/células totales: Si se está interesado en
conocer esa proporción se recurre a una técnica de microcultivos en cubreobjetos: hay
que seguir periódicamente la evolución del crecimiento de células individuales y
determinar la proporción de aquellas células no viables (visibles al microscopio, pero
incapaces de crecer).
4. Recuento sobre filtros de nitrocelulosa: Se usa para suspensiones diluidas de bacterias.
Se hace pasar un gran volumen de suspensión a través de una membrana de
nitrocelulosa estéril, que retiene las bacterias. Posteriormente, el filtro se deposita
sobre la superficie de un medio de cultivo sólido. Las colonias se forman sobre el filtro
y se cuentan, deduciéndose la concentración original en función del volumen de
suspensión que se hizo pasar por el filtro.
Actividad 3. Un mundo raro
Esta actividad representa uno de los mayores retos pues implica crear un mapa
conceptual (MMCC) en el cual reflejarás tu dominio de los temas anteriormente vistos, al
construirlo describirás en él las relaciones entre los conceptos de la microbiología
relacionados con las fases de crecimiento bacteriano y sus formas de medirlo, además
de la morfología bacteriana. Elaborar un mapa mental que ejemplifique la morfología
bacteriana, las fases de crecimiento bacteriano y formas de medir dicho crecimiento.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
En un documento de texto o archivo de imagen plasma un mapa conceptual que
contenga las siguientes características:
El mapa conceptual debe presentar una estructura arborescente que incluya los
siguientes aspectos:
1. Concepto o idea original
2. Palabras clave
3. Conectores
4. Conectivos y palabras de conexión
5. Conceptos en diferentes niveles en este caso puedes desarrollarlo mínimo en tres
niveles
De esta manera a partir del concepto o idea de origen ocurre:
6. Desprendimiento de conceptos secundarios
7. Conectores y proposiciones.- conectores son palabras o preposiciones insertas
entre dos conceptos y son útiles para producir nuevas proposiciones o
enunciados con sentido.
8. Enlaces cruzados.- son puentes entre proposiciones dentro de la arborización.
9. Jerarquización.- es el orden en ascendente-descendente en función de la
complejidad de los conceptos o proposiciones tratados en la arborización del
MMCC.
Evidencia de aprendizaje. Mi extinción
Esta actividad implica que exteriorices en un cuerpo de ideas e información todo lo que
hasabordado en esta asignatura. Para ello enfocarás tus conocimientos en un agente
patógeno que ha traído consecuencias fatales a la especie humana, el Virus del VIH,
para lo cual investigarás algunas teorías que lo caracterizan, así como propuestas
científicas actuales para combatirlo.Como colofón incursionarás en algunas ideas que te
permitan desarrollar las propias acerca de la diferencia que existe entre un
microorganismo y un virus. Con base en lo anterior, realiza lo que a continuación se te
pide:
1. Lee los siguientes artículos:
Determinantes de la transmisión vertical del VIH en Cataluña (1997-
2001): ¿es posible su eliminación?
Infección-enfermedad por VIH/SIDA
Estrategias de eliminación del sarampión en el mundo
2. Con base en las lecturas, elabora un ensayo en un documento de texto que
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
contenga propuestas teóricas sobre el virus del VIH y la forma de
eliminarlo.También debes incluir la diferencia que existe entre el Virus VIH con
respecto a una bacteria.
3. Considera que tu documento debe contarcon los siguientes elementos:
Una extensión de por lo menos una cuartilla.
Nombre del tema.
Introducción, desarrollo y conclusiones.
Bibliografía y ligas de páginas web consultadas.
Contenido sin ningún signo de plagio.
Tipo de letra Arial 11 e interlineado de 1.15.
4. Guarda tu actividad con la nomenclatura MTM_U1_EA_XXYZ yenvíalaa tu
Facilitador(a) para recibir retroalimentación.
Cierre de la Unidad
Como te habrás dado cuenta, la clasificación de un microorganismo es un proceso
elaborado que toma en cuenta no solo aspectos evolutivos, anatómicos o de desarrollo, si
que también incorpora aspectos moleculares que te pueden aportar mayor conocimiento
sobre los diferentes procesos metabólicos microbianos que puedes emplear en tus
actividades diarias en la industria de la Biotecnología. Además de contar con bases
sólidas sobre filogenia, taxonomía y sistemática ahora serás capaz de profundizar en el
estudio de los microorganismos más útiles en los procesos que se llevan a cabo en el
sector donde te desarrolles y podrás elegir los microorganismos o procesos metabólicos
que estos llevan a cabo que te permitan desarrollar mejor tu trabajo.
Así mismo, cuentas con las bases para determinar los patrones de crecimiento te un
microorganismo , este proceso en particular es de vital importancia ya que la
productividad de una industria (por ejemplo la cervecera) está directamente relacionada
con el crecimiento del microorganismo que utilicen para un proceso determinado, ahora tú
tienes las bases para determinar las tasas de crecimiento de manera directa e indirecta,
esto te permitirá identificar todos los elementos que intervienen en el crecimiento de los
microorganismo y determinar acciones para mejorar este y otros procesos para obtener
resultados exitosos en tu práctica diaria.
Fuentes de consulta
Bibliografía básica
González,G. M. (2007) Microbiología ambiental. Corpus.
Pidello,A. (2011) Ecología microbiana. Corpus
Willey,J. (2009) Microbiología Mc.Graw Hill / Interamericana
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Programa desarrollado
Bibliografía complementaria
Solomon, P. E., Berg, R. L. y Martin, W. D. (2008). Biología. 8° ed. Editorial Mc
Graw Hill. 1338 pp.
Tórtora, G. J., Funke, B. R. y Case, C. L. (2007). Introducción a la microbiología. 9a
ed.Editorial Médica Panamericana. pp 956.
Brooks. (2011). Microbiología Médica. 25° ed. Mc Graw Hill. pp 815.
Brock, Madigan, Martinko, Parker. 2004. Biología de los microorganismos, 10 ed,
Prentice Hall
Prescott, Harley, Klein. (2004). Microbiología, McGraw-Hill Interamericana.
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Unidad 2 Microbiología
Presentación de la unidad
La importancia de la Microbiología deriva de la necesidad biológica de estudiar los
organismos que no son visibles a simple vista, y que sólo con ayuda de un microscopio se
pueden observar, pero que su presencia en diferentes ambientes naturales o en la
industria es indispensable, ya sea participando dentro de los ciclos de incorporación de
nitrógeno, azufre y carbono, como aportando sus propiedades metabólicas dentro de
algún proceso. Una de sus características importantes es que poseen la propiedad de
adaptar su medio encontrando rápidamente las condiciones óptimas para crecer y
colonizarlugares y ambientes tan variados e inimaginables que puedan existir, como la
superficie de una prótesis ya implantada en el cuerpo de un paciente, un geiser a altas
temperaturas, aguas con alto contenido en sales, las cavidades corporales de animales
una herida, un reactor, entre muchos otros.
Propósitos
El alumno comprenderá que los microorganismos son seres diminutos, plásticos y
adaptables, capaces de crecer en números insospechados y expandirse haciendo uso de
su metabolismo tan variado y especializado; identificarán su importancia dentro del ámbito
industrial y ambiental, donde incorporará los conceptos fundamentales de microbiología,
medios de cultivo, y condiciones óptimas del crecimiento con el fin de entender el
desarrollo cualitativo de las bacterias.
Competencia específica
Analizar el crecimiento bacteriano mediante el estudio de su fundamentación química para
determinar el tipo y medio de cultivo según los distintos criterios de análisis de
crecimiento.
Microbiología
La microbiología es una rama auxiliar de la biología dedicada al estudio de la vida
microscópica,es decir de los microorganismos de los que ya hemos hablado que
comúnmente se les suele llamar microbios; podemos encontrarlos en todas partes
(ubicuos) ya que son los más abundantes de la Tierra, El ser humano pudo darse cuenta
de su existencia y observarlos hasta la llegada del microscopio a mediados del siglo XVII.
Microbiología y taxonomía microbiana
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Los primeros en visualizar la abundancia y diversidad de microorganismos a pesar de lo
rudimentario de sus instrumentos, por ejemplo, los primeros microscopios fueron Robert
Hooke y Antonie van Leeuwenhoek, observaron diferentes formas de vida microscópicas
como levaduras, algunas bacterias entre otros microorganismos presentes en el agua de
lluvia encharcada, fluidos corporales, superficies como suelos y rocas, entre otras.
Izquierda Robert Hooke y Derecha Antonie van
Leeuwenhoek
http://www.kyrene.org/staff/sreed/Scien
ce/Scientist/Webpages/2009_10
/Period%204/Leeuwenhoek_Ant
on%20van/index.htm
2.1 Definición de Microbiología
La Microbiología etimológicamente proviene delos vocablos griegosmicro que significa
pequeño, bios que significa vida y logosque quiere decir estudio o tratado; por lo tanto es
la ciencia que estudia los seres vivos muy pequeños, cuyo tamaño se encuentra por
debajo del poder resolutivo del ojo humano, por lo que se requiere el empleo del
microscopio. Abarca una enorme heterogeneidad de tipos estructurales, funcionales y
taxonómicos: desde partículas no celulares como los virus y hasta organismos celulares
tan diferentes como las bacterias, los protozoos y parte de las algas y de los hongos.
Campo de estudio de la microbiología
http://smilejud
ith.blogspot.c
om/2010/10/
microbiologia.
html
Podemos definir, pues, a los microorganismos como seres de tamaño microscópico
dotados de individualidad, con una organización biológica sencilla, y que necesitan para
su estudio una metodología propia y adecuada a sus pequeñas dimensiones. Las
características estructurales, su fisiología bioquímica, genética, taxonomía, ecología, entre
otras son aspectos del estudio de la microbiología.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
También se ocupa del estudio de las diferentes actividades microbianas y su relación con
el ser humano, ya que pueden acarrear consecuencias tanto benéficas, como
perjudiciales; por esta razón se estudian los nichos ecológicos de los correspondientes
agentes, sus modos de transmisión, los diversos aspectos de la microbiota patógena en
sus interacciones con el hospedador, los mecanismos de defensa de éste, así como los
métodos desarrollados para combatirlos y controlarlos, no olvidándose de aquellas que
reportan beneficios por medio de los procesos microbianos para la obtención de materias
primas o elaboradas, y de su modificación y mejora racional con vistas a su imbricación
en los flujos productivos de las sociedades.
La microbiotacomúnmente denominada flora nativa de un cuerpo sano (los integrantes de
esta microbiota son bacterias), son un conjunto de microorganismos que intervienen
benéficamente en los procesos vitales como la digestión de alimentos, la síntesis de
vitaminas en el intestino, protección frente a patógenos, entre otras.
A continuación se muestra un cuadro de las bacterias consideradas flora normal en
humanos y su localización anatómica:
Bacterias Piel Conjuntiva Nariz Faringe Boca Intestino
Grueso
Uretra Vagina
Staphylococcus
epidermidis
++ + ++ + ++ + ++ +
Staphylococcus
aureus
+ +/- + + + ++ +/- +
Streptococcus
mitis
- - - + ++ +/- + +
Streptococcus
salivarius
++ ++ -
Streptococcus
mutans
+ ++
Streptococcus
faecalis
+/- + ++ + +
Streptococcus
pneumoniae
+/- +/- + + +/-
Streptococcus
pyogenes
+/- +/- + + +/- +
Neisseriae + + ++ + + +
Neisseria
meningitidis
+ + ++ +
Veillonellae + +/-
B. Coliformes (E.
coli)
+/- +/- +/- + ++ + +
Proteus mirabilis +/- + + + + + +
Pseudomonas +/- +/- + +/-
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
aeruginosa
Haemophilus
influenzae
+/- + + +
Bacteroides + + ++ + +/-
Espiroquetas + + +
Lactobacilos + ++ + ++
Clostridios +/- ++
Clostridium
tetani
+/-
Corinebacterias ++ + ++ + + + + +
Micobacterias + +/- +/- + +
Actinomicetos + +
Micoplasmas + + + +/- +
++ = más frecuente; + = común; +/- = irregular, ocasional o
transitorio.Copyright 2011 Mama.com.mx Derechos reservados
Localización de la flora normal del cuerpo humano
http://rantes22.blogspot.com/
2011/04/la-flora-bacteriana-
intestinal-podria.html
Finalmente, la Microbiología se ocupa de todas las técnicas y metodologías destinadas al
estudio experimental, manejo y control de los microorganismos.
2.1.1. Microbiología Ambiental
La microbiología ambiental abarca el estudio de los microorganismos que habitan o
existen en ambientes naturales o artificiales. El origen de los trabajos científicos en este
campo se basa en las observaciones de Antonie van Lewenhoeck (1677). Los
microorganismos pueden existir como células aisladas o como agregados celulares. Las
células microbianas aisladas son capaces de llevar a cabo sus funciones vitales de
crecimiento, generación de energía y reproducción independiente de otras células.
Microbiología y taxonomía microbiana
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Además pueden alcanzar una elevada densidad poblacional en cultivos y son más fáciles
de manipular para estudios genéticos como la manipulación de su ADN.
La microbiología, además de ser una ciencia que auxilia a la biología, es una ciencia que
proporciona herramientas para determinar la naturaleza de los procesos característicos
de la vida en los que intervienen algunos microorganismos, enfocándose en la resolución
de muchos problemas prácticos que son importantes en medicina, agricultura y la
industria.
La fertilidad de los suelosdepende en gran medida de los procesos que algunos
microorganismos llevan a cabo, por entre ellos la fijación biológica del nitrógeno
atmosférico, este proceso consistente en la reducción de N2(nitrógeno molecular) a
NH4+(amonio) a cargo de la enzima nitrogenasa, es después de la fotosíntesis, la ruta
metabólica más importante para el mantenimiento de la vida en la Biosfera.
Curiosamente, este proceso crucial sólo puede ser llevado a cabo por unos pocos
procariotas; los microorganismos fijadores de nitrógeno no constituyen un grupo
taxonómico homogéneo, la única característica que comparten es la presencia de la
enzima nitrogenasa en sus procesos metabólicos, dichas bacterias comprenden
organismos fototrofos, como bacterias pertenecientes a la familia Rhodospirillaceae,
Clorobiaceae y Cianobacteriae; organismos quimioautotrofos, como bacterias de los
géneros Thiobacillus, Xanthobacter y Desulfovibrio y organismos heterotrofos como las
bacterias petenecientes a la familia Frankiaceae, al grupo Rhizobiaceae y a los géneros
Azotobacter, Enterobacter, Klebsiella y Clostridium.
Ciclo de nitrógeno donde intervienen las bacterias
http://www.porquebiotecn
ologia.com.ar/educacion/
cuaderno/ec_24.asp?cua
derno=24
Microbiología y taxonomía microbiana
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Estos organismos pueden realizar la fijación biológica de
nitrógenoindependientemente o estableciendo relaciones simbióticas con otros
organismos; estas formas simbióticas son entre las rizobiáceas y las leguminosas,
que antiguamente eran aprovechadas para la renovación de los suelos mediante la
práctica de la rotación de cultivos.
Ubicación de las bacterias fijadoras de nitrógeno
http://www.porq
uebiotecnologia.
com.ar/educacio
n/cuaderno/ec_2
4.asp?cuaderno
=24
2.1.2. Microbiología Industrial
A la Microbiología Industrial también se le ha denominado biotecnología microbianase
puede definir como el ámbito de la microbiología orientado a la producción de elementos
de interés industrial mediante procesos en los cuales intervenga, en algún paso, un
microorganismo.
Por ejemplo, la producción de: alimentos (fermentación del pan o cerveza) y suplementos
dietéticos (como los cultivos de algas, vitaminas o aminoácidos), biopolímeros, como el
xantano, alginato, celulosa, ácido hialurónico, polihidroxialcanatos;3biorremediación de
entornos contaminados4o tratamiento de desechos;5así como la producción de principios
activos de interés en medicina, como la insulina y hormona del crecimiento o de
sustancias implicadas en el diagnóstico.
La microbiología industrial es tan antigua como la manipulación de alimentos fermentados
como el vino, pan o yogur. No obstante, durante el siglo XX su aplicación se diversificó
con el ánimo de generar un gran número de compuestos químicos complejos de forma
más sencilla y barata que mediante síntesis orgánica; este hecho se debe a la enorme
versatilidad metabólica de los microorganismos que, frecuentemente, son capaces de
producir los compuestos deseados o sus precursores. Por ejemplo, la microbiología
industrial ha sido clave en la producción de penicilinas, naturales, como la penicilina G
(esto es, producidas de forma totalmente microbiológica) o semisintéticas, como la
meticilina, que requieren la purificación de un intermediario que luego ha de modificarse
Microbiología y taxonomía microbiana
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química o enzimáticamente. Finalmente, la tecnología del ADN recombinante ha
permitido, con un enfoque de ingeniería genética, diversificar aún más la disciplina,
llegando a producirse proteínas humanas mediante microorganismos transformados con
genes humanos. 8
Ámbito industrial de la microbiología
http://luisita28.blogspot.com/,
http://sociologiarural.skyrock.c
om/,
En la industria de los lácteos, frecuentemente se utilizan bacterias de tipo Gram (+)
anaerobias, se caracterizan por una gran producción de acido láctico, se incluyen los
géneros Lactobacillus,Streptococcus,Leuconostoc y Pediococcus. Por ejemplo la
acidificación de la leche llevada a cabo por Streptococcus lactis y cremoris, la
producción del yogurt y quesos de pasta cocida Steptococcus thermophilus.
Lactobacillus casei Shirotay algunos productos lácteos
Obtenida de: www.sciencephotolibrary.com
http://www.sciencep
hoto.com/search?su
btype=keywords&se
archstring=lactobacill
us&oldsearchstring=
bacterias&matchtype
=&sort_results=&me
dia_type=images&lic
ense=both&channel
=sc
Actividad 1. Con melón o con sandía
En esta actividad compararás entre los diferentes ámbitos de estudios de la
microbiología en las ramas de la microbiología ambiental e industrial.
1.- De las diferentes ramas de la microbiología realiza un cuadro comparativo haciendo
énfasis en la importancia de cada rama.
2.- Escoge un ejemplo de aplicación de cada una de las ramas de la microbiología y
menciona que pasaría si no se llevase a cabo tal proceso.
3.- Apoya tu trabajo con imágenes y sé cuidadoso con la ortografía
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4.- Guarda tu documento con la nomenclatura MTM_U2_A1_XXYZ y envíalo a tu
facilitador (a) mediante la sección de tareas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu facilitador (a) puede detectar esta situación sin dificultad; tu
formación exige que todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
2.2. Crecimiento microbiano
En un sistema biológico se define al crecimiento como el aumento ordenado de las
estructuras y los constituyentes celulares de un organismo; por ejemplo cuando se
siembran microorganismos en un medio de cultivo apropiado, los mismos comienzan a
dividirse activamente empleando los nutrientes que le aporta el medio de cultivo para
"fabricar" nuevos microorganismos. Este proceso continúa hasta que algún nutriente del
medio de cultivo se agota (sustrato limitante) y el crecimiento se detiene. El aumento de la
masa celular producido por acumulación de productos de reserva no constituyen
crecimiento.
Visualizacion del crecimiento en caja petri y en el microscopio
http://graficas.explora.cl/
otros/biotec/lacto.html
2.2.1. Crecimiento Individual
Consiste en el aumento del tamaño y peso de las células que precede a la división celular.
Esta división implica también un aumento en el número de células (proliferación de la
población). Uno de los procesos que comúnmente experimentan las bacterias para
dividirse es la fisión binaria, a través de la cual una célula madre al alcanzar un
determinado volumen se divide dando dos células hijas. El proceso de fisión binaria
consiste en la autoduplicación del material hereditario seguido de la repartición en las dos
células hijas, las que se separan por estrangulamiento de la membrana celular y
formación de la pared celular. Podemos referirnos mas específicamente al crecimiento
individual cuando realizamos el famoso experimento de germinar una semilla de frijol o de
maíz, al cabo de unos cuantos días observamos que comienzan a brotar las partes que
van a conformar una planta madura.
Microbiología y taxonomía microbiana
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División celular de una bacteria mediante el proceso de fisión
binaria
http://es.wikipedia.org/wiki/
Archivo:Binary_fission_es.
svg
http://www.unavarra.es/ge
nmic/microgral/Tema%200
2.-
kj%20Cultivo%20de%20mi
croorganismos.pdf
2.2.2. Crecimiento Poblacional
Es un crecimiento respecto al número de células (proliferación de la población). Se
conoce como tiempo de duplicación generacional al tiempo en que tarda una población en
duplicar su número. Los tiempos de duplicación varían según el microorganismo del que
se trate. Por ejemplo, para obtener la primera generación de Eschericha coli (bacteria
causante de infecciones intestinales) tarda en promedio12.5 min., Rhizobium meliloti
(bacteria que fija nitrógeno atmosférico) 1.8 hr y Nitrobacter sp (bacterias que fijan
nitrógeno atmosférico) aprox. 20 hr.
Las poblaciones microbianas raramente mantienen un crecimiento exponencial
prolongado. Si ello ocurriera en poco tiempo la tierra estaría cubierta de una masa
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microbiana mayor que la de la tierra misma. El crecimiento está normalmente limitado por
la disponibilidad de nutrientes y por la acumulación de productos del propio metabolismo
microbiano que en altas concentraciones resultan tóxicos para la población.
2.3. Cultivo de Microorganismos
Un medio de cultivo, es un recurso que sirve para lograr la multiplicación de
microorganismostales como bacterias, hongos y parásitos en el laboratorio, la finalidad de
un medio de cultivo es proporcionar el ambiente óptimo para favorecer el crecimiento del
microorganismo deseado.
Los cultivos son empleados en los campos de la medicina humana y veterinaria como
métodosde propagación para el estudio de las bacterias y otros microorganismos que
causan enfermedades. Por ejemplo nuestras manos que están en continuo contacto con
diversas superficies que contienen un sinfín de microorganismos, por eso se recomienda
lavarse antes de cada alimento y después de ir al baño.
Para que las bacterias crezcan adecuadamente en un medio de cultivo artificial debe
reunir una serie de condiciones como son: temperatura óptima ajustada a las necesidades
particlares del microorganismo, al igual que la humedad y presión de oxígeno, así como
un grado correcto de acidez o alcalinidad. Un medio de cultivo debe contener los
nutrientes y factores de crecimiento necesarios y debe estar exento de todo
microorganismo contaminante.
Se recomienda por ejemplo lavarse las manos con frecuencia para evitar que la piel
adquiera características ideales para alojar microorganismos que puedan causar algún
daño.
Medio muy óptimo el que crecen
bacterias
http://cienciaslacoma.blogspot.com/2010/09/mi
croorganismos-en-nuestras-manos.html
2.3.1. Tipos de Cultivo
Un medio de cultivo para bacterias, es una mezcla de sustancias que permiten el
crecimiento de las bacterias en el laboratorio. Un microorganismo se puede cultivar o
sembrar en medio líquido o en medio sólido. Los medios de cultivo deben estar
enriquecidos con distintos nutrientes que van, desde carbohidratos simples (azúcares),
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proteínas, lípidos (grasas) hasta sustancias complejas como la sangre o el extracto de
caldo de carne, así como los requerimientos que nosotros necesitamos para crecer. Para
aislar o purificar una especie bacteriana a partir de una muestra formada por muchos tipos
de bacterias, se siembra en un medio de cultivo sólido donde las células que se
multiplican no cambian de localización; tras muchos ciclos reproductivos, cada bacteria
individual genera por escisión binaria una colonia macroscópica compuesta por decenas
de millones de células similares a la original. Si esta colonia individual se siembra a su vez
en un nuevo medio crecerá como cultivo puro de un solo tipo de bacteria.
Izquierda medio de cultivo
sólido y derecha medio de
cultivo liquido.
http://es.wikipedia.org/wiki/Cultivo_(microbiolog%C3%ADa)
Se pueden clasificar según sus características físicas en: sólidos, semisólidos y líquidos.
La diferencia es sólo la cantidad de una sustancia que llevan para solidificar (agar):
Líquidos: se preparan todos los constituyentes en una disolución acuosa (agua
destilada). Ya disueltos, se reparten en matraces o tubos de ensayo que tapamos
y esterilizamos con calor,proporcionan nutrientes a las bacterias y, además, es
más fácil determinar sustancias producidas por las bacterias porque es más fácil
purificar sustancias en medio líquido. Por ejemplo el medio de cultivo líquido de
cerebro corazón infusión es apto para el crecimiento de bacterias aerobias y
anaerobias como los estreptococos y neumococos.
Forma de esquematizar un medio de cultivo
líquido
http://www.google.com.m
x/imgres?q=cultivos+bact
erianos+en+tubos+de+en
saye&um=1&hl=es&biw=
1280&bih=593&tbm=isch
&tbnid=51jS9cBFRnSynM
:&imgrefurl= y
http://www.slideshare.net/
breid/pruebas-
bioqumicas-y-medios-de-
cultivo-en-bacterias
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Sólidos: Se procede del mismo modo que con los medios líquidos, pero, al disolver en
agua destilada, añadimos de 15 a 20 g/l de agar. Lo esterilizamos y lo depositamos en
placas o cajas petri cuando está a unos 60 °C y cuando alcance los 50 °C ya serán
sólidos. El agar nutritivo es utilizado como medio de cultivo sólido general para
obtener el crecimiento de bacterias con pocas exigencias nutritivas, otro medio el agar
Mac Conkey que se utiliza para el crecimiento d bacilos Gram negativos.
Forma de esquematizar un medio
de cultivo sólido
http://www.stockphotos.mx/image.php?img_id=4
367343&img_type=1
Semisólidos: su apariencia es de gel. Sólo llevan 5 g/l de agar, se utilizan poco,
por ejemplo para determinar la movilidad bacteriana. Si se hace una siembra y la
bacteria es inmóvil, la bacteria crecerá en la cara interna del tubo donde hicimos la
siembra, pero si la bacteria es móvil crecerá alrededor de ese tubo.
Actividad 2. Buen provecho.
Esta actividad es un gran reto ya que implica crear un mapa conceptual (MMCC) en el
cual reflejarás tu dominio del tema anterior, al construirlo describirás en el las relaciones
entre los tipos de medios de cultivo y su aplicación en el ámbito microbiológico.
En un documento de texto o archivo de imagen plasma un mapa conceptual que
contenga las siguientes características:
El mapa conceptual debe presentar una estructura arborescente que incluya los
siguientes aspectos:
1.- concepto o idea original
2.- palabras clave
3.- conectores
4.- conectivos y palabras de conexión
5.- conceptos en diferentes niveles en este caso puedes desarrollarlo mínimo en tres
niveles
De esta manera a partir del concepto o idea de origen ocurre:
1.- desprendimiento de conceptos secundarios
2.- conectores y proposiciones.- conectores son palabras o preposiciones insertas entre
dos conceptos y son útiles para producir nuevas proposiciones o enunciados con sentido
3.- enlaces cruzados.- son puentes entre proposiciones dentro de la arborización
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Programa desarrollado
4.- Jerarquización.- es el orden en ascendente-descendente en función de la complejidad
de los conceptos o proposiciones tratados en la arborización del MMCC.
El agar es un polisacárido obtenido de la pared celular de varias especies de algas rojas
de los géneros Gelidium, Euchema y Gracilaria, la palabra agar viene del malayo agar-
agar, que significa jalea; es un elemento solidificante empleado frecuentemente para la
preparación de medios de cultivo. Se licúa completamente a la temperatura del agua
hirviendo y se solidifica al enfriarse, no tiene efecto sobre el crecimiento de las bacterias y
no es atacado por aquellas que crecen en él.
Agar
http://www.slideshare.net/breid/pruebas-
bioqumicas-y-medios-de-cultivo-en-
bacterias
La Gelatina es otro agente solidificante pero se emplea mucho menos ya que bastantes
bacterias provocan su licuación.
Los medios de cultivo deben contener agua (H2O), carbono (C), nitrógeno (N), azufre (S),
fósforo (P), calcio (Ca), sodio (Na), magnesio (Mg), molibdeno (Mo), cobre (Cu) y zinc
(Zn); es decir como si quisiéramos preparar un pastel necesitamos, leche, harina, huevo,
mantequilla, saborizantes; entre otros, si alguno de estos faltara el paste no se podría
terminar. Lo mismo sucede con los medios de cultivo, si falta algún nutriente no podrá
propiciar el crecimiento de los microorganismos.
Ingredientes que debe contener un medio:
http://www.slideshare.net/guested7523/cre
cimiento-microbiano
En los diferentes medios de cultivo se encuentran numerosos materiales de
enriquecimiento como hidratos de carbono, suero, sangre completa, bilis, etc. Los hidratos
de Carbono se adicionan por dos motivos fundamentales: para incrementar el valor
nutritivo del medio y para detectar reacciones de fermentación de los microorganismos
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que ayuden a identificarlos. El suero y la sangre completa se añaden para promover el
crecimiento de los microorganismos menos resistentes.
El oxígeno, como constituyente del agua, es esencial para todos los organismos. Sin
embargo, el oxígeno molecular es requerido de diferentes maneras por los
microorganismos.
Microorganismos aerobios: Requieren de manera obligada del oxígeno necesariamente
para llevar a cabo su metabolismo. Existen dos grupos los organismos aerobios estrictos
que requieren oxígeno en concentraciones similares a la atmosférica (20%) y los aerobios
microaerófilos que requieren oxígeno en concentraciones inferiores a las de la atmósfera
(5-10%).
Microorganismos anaerobios: son aquellos organismos que no requieren de oxígeno para
llevar a cabo sus funciones metabólicas, pudiendo ser de tres tipos: anaerobios
facultativos aquellos que crecen en ausencia y en presencia de oxígeno pero crecen
mejor con oxígeno, anaerobios estrictos aquellos que no solo no requieren oxígeno, sino
que su presencia los destruye y los anaerobios aerotolerantes son aquellos que no
requieren oxígeno pero lo toleran; no mueren en su presencia.
Medios de Cultivo: en función de su composición, distinguimos dos grupos de medios de
cultivo:
Medios sintéticos o definidos: aquellos que contienen cantidades precisas de
sustancias orgánicas e inorgánicas puras disueltas en agua destilada.
Medios complejos o indefinidos: contienen sustancias altamente nutritivas, pero de
composición indefinida. Suelen llevar sustancias como extractos de carne,
peptona, extractos de levadura, bovril; la ventaja de este medio de cultivo es que
contiene muchos factores de crecimiento, por lo que podemos cultivar en él gran
número de microorganismos. El inconveniente es que no conocemos lo que el
microorganismo está consumiendo,ejemplos: Caldo nutritivo: extracto de carne +
peptona + agua, Agar nutritivo: extracto de carne + peptona + agua + agar.
Clasificación de los medios de cultivo
Generales: son medios que requieren contenidos mínimos de C, N, S, P, energía,
oligoelementos, pH adecuado.
Enriquecidos: se le llama así porque algunos microorganismos no son capaces de
desarrollarse en medios de cultivo generales; para lograrlo es necesario enriquecerlo
con sustancias nutritivas como la sangre, el suero, extractos de tejidos animales, tales
medios son enriquecidos, y los microorganismos que crecen en ellos son
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microoorganismos exigentes o fastidiosos; un ejemplo de este tipo de medio de cultivo
es el de agar-sangre.
Selectivos: aquellos que contienen uno o varios compuestos que inhiben el
crecimiento de un determinado tipo de microorganismos y no afectan a otros tipos; por
ejemplo el cristal violeta inhibe las Gram +. Otra manera es modificar la fuente de
carbono; si sustituimos la glucosa por maltosa, seleccionamos aquellos
microorganismos capaces de digerirla.
Diferenciales: son medios que contienen distintos compuestos químicos o indicadores
sobre los que determinados microorganismos adquiere coloraciones específicas o
reaccionan de una manera determinada. Ejemplo: Agar levine tiene colorantes
especiales (eosina y azul de metileno) que nos permiten diferenciar a las colonias que
viven en el medio. Escherichia coli forma colonias de color verde claro, mientras que
E. enterobacter forma colonias de color rosa salmón.
De transporte: su única función es mantener vivas a las bacterias desde la toma de la
muestra hasta su llegada al laboratorio. Les proporciona humedad (agar) y elimina los
productos tóxicos (carbono activo).
Actividad 3.Tú eres para mí
Discute acerca de la relación de las condiciones naturales en donde se desarrollan los
microorganismos (microambiente) en relación con los medios de cultivo.
Ejemplo: Agar sanguis. Imita algunas de las condiciones microambientales presentes
dentro del torrente sanguíneo.
De acuerdo a los temas vistos en clase discute porque son importantes tener una serie
de condiciones ambientales óptimas para la preparación de medios de cultivo, menciona
que pasaría si se modificara una de tales condiciones.
Medios de Cultivo de uso Habitual
Existen un sinfín de medios de cultivo, la mayoría de ellos son específicos para que
crezca una bacteria en común, los más importantes se enuncian en la siguiente tabla:
Caldo común Agar-hígado Medio SIM
Caldo de extracto de carne
bovina
Agar-patata glicerinado Medio cerebral de Hibler
Caldo exento de azúcares Medio biliado-verde brillante Medio al huevo de Dorset
Agar Tiosulfato, Citrato, Sales
de bilis, Sacarosa (TCBS)
Agar eosina azul de metileno
(EMB)
Medio al suero hemático de
Loeffler
Prueba de Voges-Proskauer Agar verde brillante Agar huevo glicerinado
Caldo Suero Caldo formiato-ricinoleato Medio de Lowenstein-Jensen
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Agua-suero de Hiss Agar-desoxicolato Medio sintético de Dorset
Solución Dunham Caldo base tetrationato Agar-sangre-glucosa-cistina
Caldo triptósa fosfatado Agar citrato de Simmons Medio #110 para estafilococos
Leche Caldo urea Agar Bacto-Middlebrook 7H10
Caldo de enriquecimiento para
PPLO
Medio para la producción de
toxina por estafilococos
Agar Bacto-Middlebrook OADC
Enrichment
Agar-nutritivo Agar SS (Salmonella-Shigella) Agar oleico base Bacto-Dubos
Agar-suero Agar-urea base Agar de endo
Agar-sangre Medio descarboxilasa base Medio al tioglicolato
Medio de Edwards Agar fenilalanina Patata
Agar-sangre violeta-azida-
sódica
Agar nitrato Otros medios vegetales
Medio CIN para Yersinia Agar acetato de plomo Agar soya tripticasa
Agar-chocolate Agar hierro de Kliger Agar marino Zobell
Agar cetrimida Gelatina nutritiva Agar Mac Conkey
Caldo con carbohidratos Agar Mueller-Hinton Medio Campy
A continuación se enuncian características de algunos medios:
Agar Eosina y Azul de Metileno (EMB)
Es un medio utilizado para el aislamiento y diferenciación de bacilosentéricos Gram
negativos. Este medio también es conocido como Agar EMB por sus siglas en inglés.
Permite la diferenciación de las colonias fermentadoras de lactosa de las no
fermentadoras. Lasacarosa está incluida en el medio para detectar a los miembros del
grupo coliforme que fermentan más rápidamente la sacarosa que la lactosa.
El envase donde viene el medio de cultivo contiene Digerido Pancreático de Gelatina 10.0
g/L, Lactosa 5.0 g/L, Sacarosa 5.0 g/L, Fosfato Dipotásico 2.0 g/L, EosinaY 0.4 g/L, Azul
de Metileno 0.065 g/L, Agar Bacteriológico 15.0 g/L a un pH de 7.2± 0.2.
Se prepara suspendiendo 36 g del medio en un litro de agua purificada, calentar con
agitación suave hasta su completadisolución y hervir durante un minuto. Esterilizar en
autoclave a 121°C (15 libras de presión) durante 15 minutos. Dejar enfriar a una
temperatura entre 45-50°C y vaciar en placas de Petri estériles, recolectar las muestras y
sembrarlas tan pronto lleguen al laboratorio, sembrar las placas por estría, incubar las
placas a 35- 37°C durante 18 a 24 horas y observar el crecimiento.
Las colonias de Salmonella y Shigella son translúcidas, de color ámbar o incoloras. Los
coliformes queutilizan la lactosa y/o sacarosa producen colonias de color azul a negro con
centros obscuros y brillometálico. Otros coliformes como Enterobacter presentan colonias
mucosas de color rosa. Las cepas deEnterococcus faecalis son parcialmente inhibidas.
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Medio de cultivo Agar EMB y colonias bacterianas de
Enterobacter aerogenes
http://www.instrumentalm
edico.com/productos/me
dios-de-cultivo-
deshidratados/agar-
eosina-azul-metileno-
emb-levine-
500ghttp://archive.microb
elibrary.org/ASMOnly/det
ails.asp?id=2553&Lang
Agar Mueller Hinton:
Es un medio utilizado para realizar las pruebas de susceptibilidad antimicrobiana
enmicroorganismos aeróbicos por el método de Bauer-Kirby. Este medio también es
conocido como AgarM-H. Se llevan a cabo pruebas desusceptibilidad a antibióticos, con
este medio se han llevado a cabo una gran cantidad de estudios sobre
susceptibilidad antimicrobiana.
En este medio la infusión de carne y la peptona de caseína proveen la fuente de
nitrógeno, vitaminas,carbón y aminoácidos. El almidón es agregado para absorber
cualquier metabolito tóxico y el agar esadicionado como agente solidificante. Contiene
infusión de carne 300.0 g/L, almidón. 1.5 g/L, peptona de caseína H 17.5 g/L, agar
bacteriológico 17.0 g/L a un pH de 7.4 ± 0.2.
Agitación suave hasta su completadisolución y hervir durante un minuto, esterilizar en
autoclave a 121°C (15 libras de presión) durante 15minutos. Dejar enfriar a una
temperatura entre 45-50 °C y vaciar en placas de Petri estériles. Para obtenerdesarrollo
de Neisseria enfriar el medio a 45-50 °C y agregar sangre de borrego desfibrinada estéril
al 5%calentada a 80 °C. Para realizar pruebas de oxacilina y meticilina con estafilococcos
el medio deberá sersuplementado con 2% de cloruro de sodio.
¡Error! Referencia de hipervínculo no válida.
Editar de la web
http://www.azuld
iagnosticdb.com
/upload/index.ph
p?route=product
/product&produc
t_id=1366 y
http://atlas.med
micro.info/index.
php?jazyk=en&s
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Agar Mueller-Hinton y una colonia de Pseudomonas aeruginoses ekce=1&podsek
ce=8
Caldo nutritivo:
Medio de cultivo utilizado para propósitos generales, para el desarrollo de
microorganismos con escasos requerimientos nutricionales. Su uso está descripto en
muchos procedimientos para el análisis de alimentos, aguas y otros materiales de
importancia sanitaria.
Medio no selectivo, contiene pluripeptona y extracto bacteriano. Puede ser utilizado
además, como pre-enriquecimiento en la búsqueda de Salmonella spp. a partir de
alimentos, ya que permite recuperar células de carne que constituyen la fuente de
carbono y nitrógeno necesarias para el adecuado desarrollo dañadas, diluir metabolitos
tóxicos y sustancias inhibitorias. Contiene pluripeptona 5.0g/L y extracto de carne 3.0g/L a
pH final: 6.9 ± 0.2. Se prepara empleando 8 g de polvo por cada litro de agua destilada,
calentar hasta disolver, distribuir y esterilizar en autoclave 118-121 °C durante 15 minutos,
dejar enfriar y sembrar los microorganismos por inoculación directa incubándose después
en aerobiosis a 35-37°C durante 24 horas.
Envase de medio de cultivo de caldo nutritivo
http://www.jampar.com.pe/product/detalle/
013010079.html
Agar Hierro de Kliger:
Es un medio que se emplea para la diferenciación de cultivos puros de bacilos
Gramnegativos con base en su capacidad para fermentar la dextrosa y la lactosa y la
producción de sulfuro dehidrógeno. Presenta extracto de levadura y peptonas que fungen
como fuentes de nitrógeno, vitaminas y minerales, el sulfato férrico y el tiosulfato son
indicadores de la producción desulfuro de hidrógeno.
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También tiene cloruro de sodio que ayuda a mantener la presión osmótica. Funciona
comoagente solidificante. Contiene una mezcla de peptonas 20g/L, cloruro de sodio
5.0g/L, lactosa 10.0g/L, tiosulfato de sodio 0.5g/L, dextrosa 1.0g/L, citrato de hierro y
amonio 0.5g/L, rojo de fenol 0.025g/L, agar bacteriológico 15.0g/L, a un pH de 7.4 ± 0.2
El método de preparación del medio, es suspender 52 g del medio en un litro de agua
destilada, calentar con agitación suave hasta su completadisolución y hervir durante un
minuto, dispensar en tubos de vidrio, tapar y esterilizar en autoclave a121°C (15 libras de
presión) durante 15 minutos, dejar enfriar en posición inclinada, el color del medio
preparado es rojo y se suele colocar en tubos para la siembra de microorganismos.
Posteriormente para la siembra tomar una colonia bien aislada a partir de un medio sólido,
inocular los tubos inicialmente por picadura en el fondo del tubo (de 3 a 5 mm) y
posteriormentepor estría en la superficie, incubar los tubos con las tapas flojas a 35- 37°C
durante 18 a 48 horas, leer los tubos para la producción de ácido en el fondo y la
superficie, así como la producción degas y sulfuro de hidrógeno.
Los resultados se leen una superficie alcalina y un fondo ácido (rojo/amarillo) indica
fermentación solo de la dextrosa, una superficie y fondo ácido (amarillo/amarillo) indica la
fermentación de dextrosa y lactosa, una superficie y fondo alcalino (rojo/rojo) indica que
no hubo fermentación de ninguno de los carbohidratos, la presencia de burbujas o
fracturas en el medio indica la producción de gas, la presencia de un precipitado negro
indica la producción de sulfuro de hidrógeno.
Formas en las que se visualizan resultados de la
siembra de microorganismos en agar Hierro de kliger
http://www.slideshare.net/roberch
avez/medios-de-cultivo-y-
pruebas-bioquimica-presentation
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Caldo triptosa fosfatado:
Medio que sirve para propósitos generales, útil para el cultivo de bacterias
nutricionalmente exigentes, especialmente Streptococcus spp., a partir de diversas
muestras. En el medio de cultivo, la tripteína aporta los nutrientes necesarios para el
adecuado desarrollo de microorganismos. La glucosa es el hidrato de carbono
fermentable. El cloruro de sodio mantiene el balance osmótico, y el fosfato disódico otorga
capacidad buffer.Este medio de cultivo, es utilizado para el crecimiento de bacterias
nutricionalmente exigentes. También puede agregarse como adyuvante a cultivos
celulares, y permite el agregado de agar, sangre o acida sódica para ser utilizado en
determinados propósitos. Contiene triptosa 20 g/L, glucosa 2.0 g/L, cloruro de sodio 5.0
g/L, fosfato disódico 2.5 g/L a un pH 7.3 ± 0.2. Se siembra directamente, a partir del
material de estudio, incubándose en aerobiosis, a 35-37 ºC, durante 18-24 horas.
Agar Salmonella-Shigella:
También conocido como Agar SS, es utilizado para el aislamiento de especiesde
Salmonella y Shigella a partir de muestras clínicas y de alimentos.El Agar Salmonella
Shigela tiene un desempeño superior a otros medios para el aislamiento de especies
deSalmonella y Shigella.
En este medio las sales biliares #3.3 y el verde brillante actúan como inhibidores de
bacilos Grampositivos, de la mayoría de bacilos coliformes y del swarming en Proteus
spp., mientras que permiten elcrecimiento de Salmonella spp. El tiosulfato de sodio y el
citrato férico permiten la detección de laproducción de H2S (sulfuro de hidrógeno). La
lactosa proporciona la fuente de carbohidratos, el rojo neutro y el verde brillanteactúan
como indicadores de pH y el agar es agregado como agente solidificante, actúa a un pH
de 7.0 ± 0.2°C
Para prepararlo se suspenden 60 g del medio en un litro de agua destilada, calentar con
agitación suave hasta su completadisolución y hervir durante un minuto, enfriar a una
temperatura entre 45-50 °C y vaciar en placas Petriestériles. No esterilizar en autoclave.
Para la siembra se recolectan las muestras en contenedores estériles o con hisopos
estériles transportados en unmedio de transporte, sembrar las muestras por el método de
la estría para obtener colonias aisladas, incubar las placas a 35-37 °C durante 24 a 48
horas y examinar el crecimiento.
Algunas cepas de Shigella spp. son inhibidas en este medio por lo que es recomendable
utilizarmedios adicionales.Las enterobacterias pueden ser diferenciadas en base a su
capacidad de fermentar la lactosa. Lasespecies de Salmonella y Shigella son no
fermentadoras de la lactosa y forman colonias incoloras en elAgar SS.
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Las especies de Salmonella que son productoras de sulfuro de hidrógeno desarrollan
colonias concentro obscuro. Los coliformes son parcialmente inhibidos. E. Coli produce
colonias de color rosa a rojo y puedenpresentar una zona de precipitado. Las colonias de
Enterobacter aerogenes son cremosas de color rosa.Citrobacter y Proteus spp. Pueden
crecer produciendo colonias con centros de color gris o negro debido ala producción de
H2S. Enterobacter faecalis es parcialmente inhibido presentando colonias incoloras.
Medio de cultivo Agar SS y micrografía electrónica de colonias
bacterianas de Salmonella spp.
Como se preparan los medios
Los medios de cultivo, siempre deben prepararse utilizando agua destilada (salvo el
Marino). Es necesario ajustar siempre el pH. Todos los utensilios deben estar
perfectamente limpios. Todos los medios deben esterilizarse.
Los medios se preparan en matraces cónicos con tapa. Se pesa la cantidad de medio
requerida, se disuelve o suspende en el agua. Se ajusta el pH. Se esteriliza a 121°C por
20 min. Se espera a que enfrié (42°C) Servir 20 ml aprox. en cada caja de Petri en un
área estéril para evitar contaminación de los medios; de preferencia limpiar el área con
alcohol y tener cerca un mechero.
Pasos para elaborar un medio de cultivo en cajas petri y en tubos
http://ocwus.us.es
/produccion-
vegetal/sanidad-
vegetal/tema_22/
page_09.htm
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Esterilización
– Húmeda, autoclave (como una olla de presión).
– Seca, horno
– Gaseosa: óxido etileno, formaldehido o peróxido (H2O2).
– Filtración: membranas de 0.45 y 0.22 μm.
Autoclaves para esterilizar medios de
cultivo comúnmente usadas
http://www.figursa.com/autoclaves.php
Método de siembra por agotamiento o en estría
Se necesita una caja o placa petri en la cual se coloca el medio de cultivo y se procede a
sembrar una muestra ya sea sólida o líquida, se recomienda el uso de un asa de platino
para realizar la siembra.
La metodología a seguir es como se esquematiza en la figura siguiente donde:
(a) esterilizar un asa de siembra por flameado en la llama de un mechero hasta que tenga
tonalidad del rojo vivo,
(b) introducirla en la suspensión bacteriana u objeto para recoger una muestra,
(c) sembrar haciendo estrías sobre la superficie de un medio sólido en una placa Petri, y
(d) volver a esterilizar el asa, tocar en la zona de la placa ya sembrada y hacer un
segundo grupo de estrías en una región nueva de la placa. Repetir el proceso una tercera
y una cuarta vez, hasta conseguir que los grupos de células se diluyan y se separen
células aisladas y
(e) después de la incubación, se desarrollan colonias aisladas. Para estar seguro de que
el cultivo es puro, repetir el proceso entero; para ello tomar una colonia aislada y sembrar
por estrías una segunda placa. Para que los microorganismos crezcan se incuba a 37 °C
durante 24 horas y, en la primera zona, habrá un amasijo de células. En la segunda, parte
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de la primera zona estará mejor extendida, y en la tercera y en la 4ª mejor aún. Si
tomamos una colonia y la ponemos sobre una placa petri, tendremos un cultivo puro.
Forma de sembrar en caja petri con medio de cultivo sólido.
Editar de la web http://bioservice77.obolog.com/esterilizacion-calor-
cultivo-luz-microrganismos-335412
Método de siembra en tubo
A diferencia del cultivo en placa se necesitan tubos bacteriológicos estériles, los cuales
pueden contener tanto medio de cultivo líquido como sólido.
El método de siembra es tomando un asa de platino y esterilizarla por flameado en la
llama de un mechero hasta que tenga tonalidad del rojo vivo, introducirla en la suspensión
bacteriana u objeto para recoger una muestra, sembrar haciendo una picadura cuando el
medio es sólido, siembra en superficie diagonal y agitando el asa dentro del tubo cuando
el medio es líquido.
En los tubos con medio de cultivo líquido se pueden llevar a cabo diluciones sucesivas a
tal grado de obtener un cultivo puro con pocas células que después se sembraran en un
medio sólido.
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Formas de sembrar en tubo
Editar de la web http://mediateca.educa.madrid.org/imagen/tags.php?pag=3&tag=ensayo
Después de llevarse a cabo la siembra de los microorganismos, los medios de cultivo se
ponen a incubar tal y como se especifica para cada bacteria que se desea obtener o
aislar.
Equipo usado para el crecimiento de
microorganismos ―estufa incubadora o
incubadora‖
http://uriel-93.over-blog.com/article-
32831322.html
2.3.2. Preservación de Microorganismos
Antiguamente los microorganismos han sido empleados como materia prima esencial de
trabajo en la obtención de una variedad de medicamentos (antibióticos, vitaminas y
aminoácidos), elaboración de alimentos (pan, queso, leche, bebidas y licores) y
fabricación de solventes y reactivos, entre otras aplicaciones. El creciente uso de estos
materiales biológicos en la biotecnología y la protección medioambiental han fortalecido la
necesidad de mantener los cultivos microbianos de manera que sus propiedades
permanezcan estables.
La preservación de cepas (muestras) microbianasdebe garantizar la viabilidad, pureza y
estabilidad genética de los cultivos, características que coinciden con los objetivos de un
buen método de conservación
Con frecuencia la elección de la técnica más adecuada para conservar cultivos
microbianos resulta difícil, pues deben tomarse en consideración los criterios de viabilidad
y pureza de las cepas, cambios poblacionales y genéticos, número y valor de los cultivos,
costo, suministro y transporte de cepas, así como la frecuencia del uso de los cultivos.
Microbiología y taxonomía microbiana
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El método de conservación que se elija debe garantizar la supervivencia de al menos el
70 % de las células por un período considerable de tiempo, de forma tal que la población
sobreviviente se asemeje a la original como sea posible, conserve las propiedades de
importancia de los cultivos y minimice la ocurrencia de los eventos genéticos. De igual
manera debe reducir al mínimo el riesgo de contaminación y permitir que la pureza del
cultivo permanezca inalterable.
A esto se le suma la distribución, para la cual se necesitarán réplicas conservadas y
empaquetadas convenientemente que permitan la llegada al lugar de destino en las
mejores condiciones. Los microorganismos son enviados por varios medios: correo aéreo,
postal o a través de las manos, de un laboratorio a otro dentro de un mismo país y con
frecuencia a través de las fronteras o continentes.Su distribución y manipulación está
regulada en el ámbito internacional y nacional, y para su transportación es necesario el
uso del ―triple‖ empaque para asegurar que todo el personal involucrado en este proceso
esté protegido de la exposición a cualquier agente contenido en el envase.
Algunos cultivos son empleados como cepas controles, cepas de ensayo, cepas de
producción industrial y pueden ser utilizadas frecuentemente en un laboratorio. En estos
casos, la facilidad del recobrado y el riesgo de contaminación de los cultivos necesitan ser
considerados
Existen dos formas más importantes de conservación:
I. Congelación (a –70 °C y –196 °C) y liofilización como técnicas que minimizan al
máximo el riesgo de cambio genético en las células y las mantienen viables por 10
años o más, así se han podido conservar materiales biológicos como cultivos de
hongos, bacterias y levaduras, algas, suero, células sanguíneas, entre otros. El
elevado costo de los equipos que emplean estos métodos dificulta su
implementación en muchas instituciones. Se necesitan mantener libres de
humedad, por lo que se ocupan materiales extra para lograrlo como arena, sílica
gel, perlas de vidrio; donde cesa el crecimiento, así como el almacenamiento en
tierra, parafina líquida y la suspensión en agua estéril (destilada o de mar).
Izquierda un congelador y derecha un
liofilizador
http://www.lobov.com.ar/site/nte
cnica_det.php?id=4
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II. Se propone llevar a cabo la resiembra periódica, que es una técnica que permite la
supervivencia de los cultivos en cortos períodos de tiempo. De lo que se trata es
de transferir el cultivo del medio seco a uno fresco proporcionándole las
condiciones óptimas de crecimiento, lo que condiciona el elevado riesgo de
contaminación y variabilidad de las características de las cepas.
Cierre de la unidad
Con los temas vistos en esta unidad te pudiste dar cuenta como los microorganismos se
pueden reproducir de manera muy rápida, colonizar diversos hábitats y sobre todo cuales
son las condiciones y los requerimientos para dicho proceso. Pudiste constatar que los
microorganismos se utilizan en muchos estudios tanto en el medio ambiente, la salud,
industria entre otros. Ahora podrás integrar estos conocimientos junto con los de la unidad
anterior donde tendrás un bosquejo mayor de cómo es el desarrollo cualitativo de las
bacterias.
Para saber más
Ver Video http://www.youtube.com/watch?v=pI3V5KPj5XQ&feature=relatedanaliza cómo
fue que se llegó al conocimiento de los microorganismos y su impacto significativo en las
ciencias biológicas.
Evidencia de Aprendizaje. Mundo microbiótico
Elabora un cartel para exposición en congreso* especializado en un medio de cultivo que
tu elijas, describe cómo es dicho medio de cultivo, las diferentes especies de organismos
que pueden cultivarse, las condiciones necesarias para que subsistan y la importancia de
la identificación de dichas especies.
2.- apoya tu trabajo con imágenes y sé cuidadoso con la ortografía
3.- guarda tu documento con la nomenclatura MTM_U2_EA_XXYZ y envíalo a tu
facilitador (a) mediante la sección de tareas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu facilitador (a) puede detectar esta situación sin dificultad; tu
formación exige que todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
Fuentes de consulta
Bibliografía básica
González,G. M. y C. A. M. (2007) Microbiología ambiental. Corpus. 120 pp.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Pidello,A. (2011).Ecología microbiana. Corpus
Willey,J., Sherwood, L. M. y Woolverton, C. J. (2009).Microbiología.7a ed. MGraw
Hill-Interamericana.
Bibliografía complementaria
Atlas, M. R. y Bartha, R. (2002). Ecología microbiana y Microbiología ambiental. 4°
ed. Pearson Addison Wesley. 677pp.
Brock, D. T. y Madigan, T. M. (). Microbiología. ed. Prentice Hall. 956 pp.
Brooks, G. F., Butel, J. S. y Morse, S. A. (2011). Microbiología Médica. 25° ed. Mc
Graw Hill. pp 815.
Madigan, M. T., Martinko, J. M. y Parker, J. (2004). Brock. Biología de los
microorganismos. 10 a ed. Prentice Hall. 1089 pp.
Prescott, L. M., Harley, J. P. y Klein, D. A. (2005). Microbiología. 5a ed. McGraw-
Hill Interamericana. 1236 pp.
Solomon, P. E., Berg, R. L. y Martin, W. D. (2008). Biología. 8a ed. Mc Graw Hill.
1338 pp.
Tórtora, G. J., Funke, B. R. y Case, C. L. (2007). Introducción a la microbiología. 9a
ed.Médica Panamericana. 956pp.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Unidad 3.Caracterización microbiana
Presentación de la unidad
Nos resulta muy sorprendente que, con muchos avances en conocimientos científicos y
tecnológicos de los que se disponen en la actualidad, aún miles de personas se vean
afectadas por el ataque de una gama de bacterias. Hasta nuestros días el mundo oculto
de los microorganismos no había sido descubierto, puesto que su diminuto e inapreciable
tamaño los hace pasar por invisibles, salvo por las grandes consecuencias que estos
ocasionan. El llevar a cabo la caracterización microbiana es de vital importancia y tiene el
fin fundamental de poder conocer sus características morfológicas y fisiológicas y de esta
manera diferenciar las principales técnicas que existen para estudiar en particular a las
diferentes especies, pudiendo estas participar dentro de los ciclos biogeoquímicos del
agua, oxígeno, carbono, nitrógeno, azufre. Reaccionan muy diferentes ante agentes
químicos, positivamente con los nutrientes para el crecimiento bacteriano o de manera
negativa como con los fármacos que atacan a las bacterias.
Propósitos
El alumno comprenderá de qué forma influyen en la vida cotidiana las características de
las bacterias, a que se debe su importancia tanto a nivel industrial como ambiental, donde
incorporará los conceptos fundamentales de la microbiología, medios de cultivo, pruebas
y técnicas bioquímicas, así como caracteres genéticos para comparar cualitativamente a
las bacterias.
Competencia específica
Analizar la caracterización microbiana mediante el estudio de técnicas para determinar
las características apropiadas, según los propósitos del investigador.
3.1. Caracterizaciónmicrobiana
Para poder realizar una identificación microbiana es necesario identificar sus caracteres
morfológicos, fisiológicos, serológicos y químicos que son los que nos van a dar pauta
para poder diferenciar entre una especie y otra, o bien identificarlos si es que aún no lo
han sido. El estudio de tales propiedades conlleva a la realización de experimentos,
pruebas y técnicas para identificar a las bacterias. En la actualidad las técnicas
bioquímicas están tomando auge como una nueva alternativa para resolver problemas
que anteriormente se tenían, estas técnicas permiten la caracterización genotípica
bacteriana y proporcionan una posible base objetiva para la identificación de las especies
bacterianas. Una herramienta especifica muy útil es como el uso del microscopio para
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poder observar más a detalle sus estructuras, ya que como sabemos son
microorganismos tan diminutos que no pueden ser observados a simple vista.
Cuando alguien se enferma y presenta variada sintomatología (tos, dolor de cabeza,
fiebre, estornudo, cuerpo cortado) se puede asociar a patologías de un catarro, gripe,
resfriado, y en casos más extremos una neumonía, bronquitis y la muy conocida
influenza, se acude por consiguiente al médico para que recete un medicamente que
solucione el problema, pero antes que nada él realiza una serie de cuestionamientos para
poder llegar a un diagnóstico y poder suministrar algún antibiótico, ya que existen
variadas especies de bacterias que causan los mismos síntomas y se tiene que hacer una
serie de pruebas de identificación para poder proporcionar un diagnóstico de la
enfermedad que se tiene.
3.1.1.Caracteres morfológicos
Vamos a comenzar aclarando algunos conceptos biológicos importantes, el término
morfología hace referencia a la forma de los microorganismos y con ayuda del
microscopio electrónico se han podido estudiar y revelar detalles estructurales de las
bacterias. Las bacterias son considerados organismos procariotasa nivel macroscópico,
las encontramos en forma de colonias o filamentos que contienen células especializadas y
de manera microscópica es que tienen dos formas comunes, ya sea la esférica (cocos) o
cilíndrica (bacilos, espiroquetas) y dentro de cada una hay subvariedades de formas.
Una de las características principales de estas células es que no presentan un núcleo
verdadero como los eucariotas, ya que van almacenar su ADN (material genético o
información genética) en una estructura denominada nucleoide, el cual solo es perceptible
por microscopia de luz y de material teñido con ayuda de un colorante conocido como
Feulgen que es el que nos va a indicar la presencia de ADN (Brooks,et al. 2011).
Nucleoides de Bacillus cereus teñidas con Feulgen.
Editar de la web
http://www.human-
healths.com/bacillus-cereus-
2/bacillus-cereus.php
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Para poder observar la presencia de la membrana nucleoidal es necesario hacerlo a
través de una micrografía electrónica, a excepción de los plantomicetos, que son un grupo
de bacterias acuáticas donde su nucleoide está rodeado por una cubierta nucleoidal
formada por dos membranas compuestas de lípidos.
Primero debes de saber que para poder diferenciar una célula procariota de una eucariota
es que la primera no cuenta con un aparato similar al huso mitótico, la región nucleoidal
está llena con fibrillas de ADN. El nucleoide de la mayor parte de las células bacterianas
consiste en una molécula circular única y continua, que varía en tamaño de 0.58 a casi 10
millones de pares de bases, aunque como en todo hay sus excepciones ya que algunas
bacterias poseen dos, tres o incluso cuatro cromosomas diferentes. Ahora bien el material
genético que es de forma circular (plásmidos que son pequeñas moléculas circulares de
ADN capaces de existir de forma independiente respecto a los cromosomas del huésped
o sea que son insertados por los virus) hay dos excepciones que han mostrado poseer
cromosomas lineales (op cit.).
Para las bacterias el número de nucleoides y también el número de cromosomas,
depende de las condiciones de proliferación. Con esto podemos ver que las bacterias con
rápido crecimiento tienen nucleoides más grandes por célula que los que tienen
crecimiento lento, aunque cuando se presentan varias copias, todas son similares
(haploides) (op cit.).
Otra característica morfológica importante es la membrana plasmática que es la que
rodea al citoplasma, esta membrana es el punto de contacto de la célula con el ambiente
por ello es la responsable de la relación de la célula con el exterior. La membrana
bacteriana difiere de otra debido a que esta carece de esteroles como el colesterol,
aunque contienen moléculas pentacíclicas, similares al esterol, denominadas hopanoides,
que los podemos encontrar en nuestro ecosistema. Estos hopanoides se sintetizan
(derivan) a partir de los mismos precursores de los esteroides y estos hopanoides son los
posibles encargados de la estabilización de la membrana (Prescott,et al. 2000).
Corte delgado de célula de E. coli fijada con tetróxido de osmio y fijado más
tarde con acetato de uranilo acuoso, que muestra dos regiones nucleares
ocupadas con fibrillas de ADN.
Brooks,
et al.
2011
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Componentes químicos de la membrana plasmática
Prescott, et al. 2000
El modelo de mosaico fluido (S. Jonathan Singer y Garth Nicholson) es la estructura de
membrana más aceptada donde diferencian dos tipos de proteínas de membrana (op cit.):
a) Proteínas periféricas: están débilmente conectadas a la membrana y pueden
eliminarse fácilmente, son solubles en soluciones acuosas y constituyen
aproximadamente del 20 al 30% del total de las proteínas de membrana.
b) Proteínas integrales: están no se extraen fácilmente y son insolubles en soluciones
acuosas cuando se eliminan los lípidos.
El modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana bacteriana mostrado en la
figura siguiente muestra a las proteínas integrales (azules) flotando en una bicapa lipídica.
Las proteínas periféricas (morado) están asociadas de forma poco firme con la superficie
de la membrana interna. Las esferas pequeñas representan los extremos hidrófilos de los
fosfolípidos de membrana, y las colas onduladas son las cadenas de ácidos grasos
hidrófobos. Puede haber también otros lípidos de membrana, como hopanoides (amarillo).
Para que quede más claro, los fosfolípidos se muestran con un tamaño proporcionalmente
superior al que poseen en las membranas verdaderas.
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Estructura de la membrana plasmática.
Prescott,et al.
2000
La membrana plasmática retiene al citoplasma y lo separa del medio exterior, actuando
como barrera selectivamente permeable que va a permitir el paso de iones y moléculas
particulares, tanto hacia dentro como fuera de la célula, mientras que evita el
desplazamiento de otras, por ello no hay pérdida de componentes es
enciales por exudación (evaporación), mientras se facilita el movimiento de otras
moléculas (Brooks,et al. 2011).
Podemos encontrar dentro de la célula algunas sustancias que no puedan atravesar la
membrana plasmática por lo que requieren emplear sistemas de transporte para dicha
actividad, dentro de estos sistemas tenemos la absorción de nutrientes, la excreción de
residuos y la secreción de proteínas. La membrana plasmática es una estructura
importante ya que en ella se desarrollan numerosos procesos metabólicos como la
respiración, fotosíntesis y síntesis de lípidos y de constituyentes de la pared celular. A su
vez esta membrana ayuda a las bacterias a detectar y responder a sustancias químicas
del medio exterior (quimiotaxia), por lo que sin esta membrana no sobrevivirían los
microorganismos (Solomon,et al. 2008).
Dentro de la membrana plasmática encontramos estructuras comunes una de ellas es el
―mesosoma‖ que son invaginaciones de la membrana plasmática, para formar vesículas,
túbulos o lamelas y los podemos observar tanto en bacterias gram positivas (más
prominentes) como gram negativas, aunque su función exacta se desconoce (Prescott,et
al. 2000).
La mayoría de las estructuras de una bacteria gram positiva se muestran en la siguiente
figura, solamente una pequeña parte de las proteínas de superficie se han incluido para
simplificar el dibujo, cuando existen, estas proteínas cubren la superficie. Las bacterias
gram negativas tienen una morfología similar.
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Morfología de una bacteria gram positiva.
Prescott,et al. 2000
Estos mesosomas suelen situarse a continuación de los septos o tabiques que dividen las
bacterias y algunas veces parecieran estar unidas al cromosoma bacteriano, por lo que se
cree que están involucrados en la formación de la pared celular durante su división o
desempeñar un papel en la replicación del cromosoma y su distribución a las células hijas,
o bien pueden participar también en procesos secretorios (op cit.).
Como en todo, dentro de las bacterias también encontramos sistemas internos diferentes
a los mesosomas, ya que los plegamientos de la membrana plasmática pueden ser
extensos y complejos en bacterias fotosintéticas, como las cianobacterias y las bacterias
púrpura, o en bacterias con una intensa actividad oxidativa, como las nitrificantes (utilizan
nitrógeno para su metabolismo y lo descomponen), ya que pueden construir agregados de
vesículas esféricas, vesículas aplanadas, o membranas tubulares (op cit.).
Membranas
internas bacterianas. Membranas de bacterias nitrificantes y
fotosintéticas. a) Nitrocystis oceanus con membranas paralelas
atravesando toda la célula. Obsérvese el nucleoplasma (n) con
estructura fibrilar. b) Ectothiorhodospira mobilis con un sistema
extenso de membranas intracitoplasmáticas (x60000).
Prescott,et al.
2000
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La pared celular bacteriana debe su resistencia a una capa compuesta de diversas
sustancias conocidas como mureína, mucopéptidos o peptidoglucano (todos son
sinónimos). La mayor parte de las bacterias se clasifican como gram positivas o gram
negativas con base en su respuesta al procedimiento de tinción de gram (Brooks,et al.
2011).
Diagramas esquemáticos de pared celularde bacterias gram positivas y
gram negativas.
Madigan,et al.
2009
Las paredes celulares de bacterias presentan una capa rígida que es la responsable de la
resistencia de la pared celular. En especies gram negativas existen capas adicionales que
se sitúan en el exterior de ésta, dentro de estas especies de bacterias presentan puentes
que se establecen por lo general mediante enlaces peptídicos directo entre el grupo
amino del diaminopimélico de una cadena y el grupo carboxilo de la D-alanina terminal de
otra cadena adyacente. En las bacterias gram positivas el entrecruzamiento se establece
mediante un puente interpeptídico cuya composición varía en cuanto a tipo y número de
aminoácidos de un organismo a otro. Por ejemplo, en una de las bacterias gram positivas
(S. aureus), el puente interpeptídico está formado por cinco glicinas. La lisozima es una
enzima que destruye al peptidoglucano originando la lisis celular. (Madigan,et al. 2009).
Madigan,et
al. 2009
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Peptidoglucano en E. coli y en Staphylococcus aureus. a) en E. coli y
otras bacterias gram negativas no se forma puente intermedio. b) el
puente intermedio de pentaglicina en S. aureus bacteria gram positivo.
Las bacterias gram negativas, además de peptidoglucano, tienen una membrana externa
compuesta por lipopolisacáridos, proteínas (porinas facilitan la permeabilidad a través de
la membrana externa) y lipoproteínas. El espacio entre la membrana citoplasmática y la
membrana externa se le denomina periplasma y contiene importantes proteínas para las
funciones celulares este espacio entre estas dos capas es de aproximadamente 15 nm de
anchura y tiene un contenido gelatinoso (op cit.).
Otra característica morfológica y de las más importantes su movilidad mediante la
natación que es debida a una estructura llamada ―flagelo‖ que funciona por rotación (como
si fuera la hélice de un helicóptero), impulsando a las células a través de un medio líquido
(Madigan,et al. 2009).
Los flagelos bacterianos son apéndices largos y finos que se encuentran libres por un
extremo y unidos a la célula por el otro. Como son tan finos (15-20 nm de grosor
dependiendo de la especie), un flagelo individual solo es visible por microscopía óptica
después de una tinción especial (ayuda a aumentar su diámetro) (op cit.).
De acuerdo a la posición del o los flagelos que presente la célula, estos pueden ser: sin
flagelo (atrico), un solo flagelo (monotrico), un flagelo en cada extremo (anfitrico), grupos
de flagelos en uno o en los dos extremos (lofotrico) y flagelos distribuidos sobre toda la
superficie de la célula (peritricos) como se esquematizan en las figuras siguientes.
Formas de flagelos de una bacteria
Como pudimos observar en la figura anterior los flagelos tienen forma helicoidal y
muestran una distancia constante entre cada dos vueltas o curvaturas adyacentes que se
denomina longitud de onda y es constante para cada organismo. El filamento de los
flagelos bacterianos se compone de subunidades de una proteína llamada ―flagelina‖.
Un flagelo está constituido por varios componentes. En la base del filamento se halla una
región más ancha llamada gancho que es la que une el filamento a la parte motora, este
motor se ancla a la membrana citoplasmática y en la pared celular está constituido por un
eje central que atraviesa una serie de anillos.
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Morfología de anclaje de los flagelos a una bacteria Gram negativa izq y gram positiva
der.
3.1.2.Caracteresfisiológicos
La versatilidad metabólica de las bacterias les confiere el gran éxito evolutivo, ya que
todos los mecanismos posibles de obtención de materia y energía se encuentran en las
bacterias, es como si fuese un coche, es decir cómo se lleva a cabo su funcionamiento,
es a lo que se llama fisiología.
Comenzaremos con la función de la membrana citoplasmática que es:
a. Da permeabilidad selectiva y transporte de solutos: la membrana citoplasmática forma
una barrera hidrófoba impermeable a la mayor parte de las moléculas hidrofílicas,
aunque existen varios sistemas de transporte de nutrientes que trabajan contra un
gradiente de concentración hacia el interior de la misma y productos de desecho hacia
el exterior. Este gradiente de concentración va a permitir el incremento de la
concentración de nutrientes en el interior de la célula. Existen 3 mecanismos de
transporte a través de la membrana y uno especial:
Transporte pasivo no utiliza energía y funciona solo cuando el soluto se encuentra en
concentraciones más elevadas fuera de la célula, sus variantes son la osmosis que es
el paso del agua a través de membrana semipermeable desde una región de mayor
concentración a otra de menor concentración y la otra es difusión es el movimiento
neto de partículas como átomos, moléculas e iones desde una región de mayor
concentración hacia otra de menor concentración.
Transporte activo es el transporte de una sustancia a través de una membrana que no
depende de la energía potencial de un gradiente de concentración, requiere ATP
como fuente de energía. Muchos nutrientes se concentran más de 1000 veces como
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consecuencia del transporte activo, lo que depende de la fuente de energía utilizada:
transporte acoplado con iones y transporte con casete unido a ATP.
Transporte pasivo y activo
http://recursos.cnice.
mec.es/biologia/bachil
lerato/segundo/biologi
a/ud03/02_03_04_02_
031.html
Translocación de grupo: dicho proceso permite que las bacterias utilicen sus fuentes
energéticas de manera eficiente al acoplar el transporte con el metabolismo. En este
proceso, una proteína transportadora de membrana sufre fosforilación (ruta
metabólica) en el citoplasma a expensas del fosfoenolpiruvato, la proteína
transportadora fosforilada se une al azúcar libre en la cara exterior de la membrana,
es transportada hacia el citoplasma y liberada en forma de carbohidrato unida a un
fosfato. Imagina que tu estas en una fiesta y quieres salir pero no sabes cómo así que
ves a una chica (o) solo cerca de la salida y le haces la plática y poco a poco la
empiezas a rodear hasta que tu estas ya en la puerta y entonces ahí te encuentras a
un amigo que va a entrar y corres a saludarlo y te sales junto él.
b. Transporte de electrones y fosforilación oxidativa que es un proceso de la ruta
metabólica en el cual se utiliza energía liberada por la oxidación de nutrientes y fin es
la producción de ATP. Los citocromos y otras enzimas y componentes de la cadena
respiratoria incluyen ciertas deshidrogenasas que se ubican en la membrana
citoplasmática. La membrana citoplasmática bacteriano es un análogo funcional a la
membrana mitocondrial de las células eucariotas.
c. Excreción de exoenzimas hidrolíticas y patogenia de las proteínas.- todos los
organismos que dependen de polímeros orgánicos macromoleculares como fuente
energética excretan enzimas hidrolíticas que desdoblan los polímeros hasta
subunidades lo suficientemente pequeñas para penetrar la membrana citoplasmática.
Las bacterias secretan las enzimas directamente al medio externo o en el espacio
periplasmático entre la capa de peptidoglucano y la membrana externa de la pared
celular en el caso de las bacterias gram negativas.
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d. Transporte de enzimas y moléculas que participan en la biosíntesis de ADN, polímeros
de la pared celular y lípidos de la membrana, portar receptores y otras proteínas
quimiotacticas y otros sistemas sensoriales de transducción.
e. Funciones de biosíntesis: la membrana citoplasmática es el sitio de los lípidos
transportadores sobre los cuales se ensamblan las subunidades de la pared celular
así como de la biosíntesis de las enzimas de la pared celular.
f. Sistemas quimiotácticos: las sustancias con capacidad de atracción y repulsión se
unen a receptores específicos en la membrana bacteriana. Hay al menos 20
quimiorreceptores diferentes en la membrana de E. coli, algunos de los cuales
también actúan como el primer paso en el proceso de transporte (Brooks,et al. 2011).
La pared celular brinda protección osmótica y desempeña una función esencial en la
división celular, también sirve como preparador para su propia biosíntesis. Varias capas
de la pared son sitios de determinantes antigénicos mayores de la superficie celular y uno
de sus componentes lipopolisacáridos (LPS) de las paredes celulares de bacterias gram
negativas) son causantes de la actividad endotóxica inespecífica de las bacterias gram
negativas. La pared celular no muestra permeabilidad selectiva, sin embargo, una capa de
la pared gram negativa que es la membrana externa evita el paso de moléculas
relativamente grandes (Brooks,et al. 2011).
Aunque la principal función de la membrana externa es estructural, una importante
propiedad biológica es que resulta tóxica para los animales. Estas propiedades tóxicas se
asocian con la capa de lipopolisacáridos y en particular con el lípido A.
Como ya se mencionó anteriormente las bacterias cuentan con un flagelo ahora vamos a
ver cómo funciona este en una bacteria gram negativa: el anillo L se inserta en la capa de
LPS y el anillo P en el peptidoglucano. El anillo MS se ancla en la membrana
citoplasmática y el anillo C en el citoplasma. En el filamento existe un estrecho canal a
través del cual la flagelina alcanza su destino durante la síntesis del flagelo. Las proteínas
Mot funcionan como motor flagelar y las proteínas Fli constituyen el conmutador del
motor. El motor flagelar determina el giro del filamento para propulsar a la célula a través
del medio. Para explicar la rotación del flagelo se ha propuesto un modelo de ―turbina de
protones‖. El flujo de protones a través de la proteína Mot puede ejercer fuerza sobre las
cargas presentes en los anillos C y MS, haciendo girar el rotor (Madigan,et al. 2009).
Ahora de manera general el movimiento flagelar se da de la siguiente manera: los
motores rotatorios tienen típicamente dos componentes principales el rotor y el estator. El
motor flagelar, el rotor está compuesto por el eje central y los anillos L, P, C y MS. En
conjunto, estos elementos componen el cuero basal. El estator está representado por las
proteínas Mot que rodean al cuerpo basal y que funcionan generando un par de torsión.
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El movimiento rotatorio del flagelo lo proporciona el cuerpo basal. La energía requerida
para la rotación procede de la fuerza motriz de protones. El flujo de protones a través de
la membrana citoplasmática se realiza por el complejo Mot que impulsa la rotación del
flagelo se translocan aproximadamente 1000 protones. Se desconoce en realidad como
ocurre esto por ello se propuso el modelo de ―turbina de protones‖ en donde los protones
que fluyen por canales a través del estator ejercen fuerzas electrostáticas sobre cargas de
las proteínas del rotor que están dispuestas helicoidalmente. Las atracciones entre las
cargas positivas y negativas originan que el cuerpo basal rote a medida que los protones
pasan por el estator (Madigan,et al. 2009).
Otro tipo de movimiento es por deslizamiento en superficies sólidas y se da en procariotas
móviles carentes de flagelos. Este movimiento se da en bacterias como alguna gram
negativas (Myxococcus sp) y otras mixobacterias. Se cree que esto lo hace por medio de
la excreción de un polisacárido que se va adhiriendo a la superficie y la célula se desplaza
por tracción.
3.2 Caracteres Quimiotáxicos
El hablar de quimiotaxis que es un fenómeno que experimentan los microorganismos, en
especial las bacterias, van a dar una respuesta dirigiendo sus movimientos de acuerdo a
la concentración de agentes químicos y nutritivos que hay en el ambiente donde se
encuentran.
Para entender mejor la quimiotaxia recordemos cuando de niño se asistía a la primaria, al
escuchar los diferentes timbres reaccionábamos dependiendo de cual fuese la situación,
así los timbrados más importantes eran la hora de entrada, la hora del recreo y la hora de
salida, y por consiguiente se experimentaba una respuesta para cada uno. Si era la hora
de entrada se apuraba uno para no llegar tarde y que le pusiesen retardo, si era la hora
del recreo se sabía que era momento de jugar, comer golosinas y por último el timbre que
anunciaba la salida indicando el término de jornada escolar.
Por fin la hora del recreo es una analogía a la quimiotaxia.
http://www.pintodibujos.com/
2010/11/recreo-para-
colorear.html
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3.2.1 Fundamentos de la caracterización quimiotáxica
Las bacterias como sabes las podemos encontrar en casi todas partes desde lugares
donde se presentan gradientes de agentes físicos y químicos lo cual los ha hecho
evolucionar para responder de modo positivo o negativo a estas variables, lo cual hará
que la molécula realice movimientos dirigidos denominados ―tactismos‖. Dentro de estos
tactismos tenemos a uno que es la quimiotaxis que es la respuesta a agentes químicos y
otra no menos importante la fototaxis que es la respuesta a la luz.
La quimiotaxis se ha estudiado con detalle en bacterias flageladas y se conoce bastante a
nivel genético acerca de cómo se transmite el estado del medio ambiental externo al
conjunto flagelar. Por lo que respecta a este tema nos enfocaremos en la quimiotaxia en
bacterias flageladas, aunque también se presentan en bacterias deslizantes.
Bacteria E. coli
http://www.sciencephoto.c
om/media/297239/view
La quimiotaxia ha sido estudiada en gran parte en E. coli que tiene flagelación peritrica
(flagelos distribuidos por varios lugares de la pared celular). Para poder comprender como
afecta la quimiotaxis a E. coli debemos centrarnos en el comportamiento de una célula
enfrentada a un gradiente químico de una sustancia. En ausencia de un gradiente, las
células de E. coli se mueven al azar y realizan carreras mediante las cuales se desplazan
hacia delante de una forma suave, y también tumbos, mediante los cuales la célula se
para y cambia de dirección girando al azar. Durante el movimiento hacia delante en una
carrera, el motor flagelar rota en el sentido contrario a las agujas del reloj, el movimiento
hacia delante cesa y tiene lugar un tumbo (Madigan,et al. 2009).
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Quimiotaxis en una bacteria con flagelación peritrica como E. coli. a)
En ausencia de una sustancia atrayente, la célula se desplaza al azar
mediante carreras y cambia de dirección mediante tumbos. b) En
presencia de un atrayente, las carreras se favorecen y la célula se
mueve en la dirección del gradiente positivo de la sustancia atrayente.
Madigan,et al.
2009
Tras un tumbo, la dirección de la siguiente carrera ocurre al azar. De este modo, mediante
sucesivas carreras y tumbos, la célula se desplaza aleatoriamente por su entorno sin ir a
una parte concreta. Sin embargo, la presencia de un gradiente de una sustancia atrayente
cambia este comportamiento de movimiento sin sentido. A medida que el organismo capta
concentraciones más altas de la sustancia quimiotactica, las carreras son más frecuentes
y los tumbos más escasos. El resultado neto de este comportamiento es que el organismo
se desplaza por el gradiente hacia concentraciones más elevadas de la sustancia
atrayente. Si lo que el organismo detecta es una sustancia repelente opera el mismo
mecanismo, pero en este caso es la disminución de la concentración del repelente lo que
estimula la frecuencia de las carreras y favorece su alejamiento.
Movimiento flagelar en procariotas con flagelación peritrica.
Madigan,et al. 2009
En la figura anterior se muestra el movimiento hacia delante se debe a la rotación de los
flagelos en sentido contrario a las agujas del reloj. La rotación inversa, en sentido de las
agujas del reloj, origina una voltereta, y luego, cuando vuelve a producirse una nueva
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rotación contraria a las agujas del reloj, la célula se desplaza en una nueva dirección. Por
lo mismo que las células procariotas son muy pequeñas ellas se guían solamente por una
comparación del estado físico o químico de su entorno que ocuparon segundos atrás
utilizando una serie de proteínas denominadas quimioreceptores las cuales se ubican en
la membrana. Por lo que dice que las bacterias son capaces de responder a gradientes
temporales más que a espaciales, por lo que podría considerarse como un sistema de
respuesta sensorial análogo al de las respuestas del sistema nervioso de los animales.
En bacterias con flagelación polar (los flagelos se localizan en uno o ambos extremos de
la célula) pueden invertir la dirección de rotación de sus flagelos e invertir así el sentido de
movimiento, aunque algunas giran solamente en el sentido de las del reloj. Aunque este
último tiene la facilidad de reorientarse por medio de un flagelo que es de tipo inserción
subpolar detiene periódicamente su rotación y durante ese breve momento reorienta al
azar por movimiento browniano (movimiento aleatorio sin razón aparente).
Movimiento flagelar procariota con flagelación polar. Las células
cambian de sentido invirtiendo la rotación flagelar o bien, en el
caso de los flagelos unidireccionales, mediante paradas
periódicas que permiten la reorientación. La flecha amarilla
indica la dirección del desplazamiento de la célula.
Madigan,et al. 2009
3.2.2 Principales técnicas
La demostración de la quimiotaxis bacteriana puede llevarse a cabo sumergiendo un
pequeño capilar de vidrio, que contenga una sustancia quimiotactica, en una suspensión
de bacterias móviles que no contengan dicha sustancia. A partir de la punta del capilar se
establece un gradiente en el medio, de tal modo que la concentración disminuye
gradualmente a medida que se aumenta la distancia a la punta del capilar. Cuando el
capilar contiene una sustancia atrayente, las bacterias se moverán hacia el capilar
formando un enjambre alrededor del extremo abierto y, posteriormente, muchas de las
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bacterias móviles se introducirán en el capilar incluso si contuviera una solución de la
misma composición que el medio, debido a movimientos al azar.
Medida de la quimiotaxis mediante ensayo en tubo capilar
Madigan,et al. 2009
a) Inserción de un capilar en la suspensión bacteriana. Cuando se inserta el capilar
comienza la formación del gradiente.
b) Capilar control que contiene una solución salina que ni atrae ni repele
c) Acumulación de bacterias en el capilar que contiene una sustancia atrayente.
d) Repulsión de bacterias por una sustancia repelente. Sin embargo, si se trata de un
compuesto atrayente, la concentración de bacterias dentro del capilar será varias veces
mayor que la de fuera. Cuando se extrae el capilar después de un cierto período de
tiempo, se cuentan las células y se compara el resultado con el de un control, se pueden
identificar fácilmente sustancias atrayentes y repelentes.
Cinética de la acumulación de bacterias en capilares con varias sustancias.
Madigan,et
al. 2009
Si el capilar que se inserta contiene una sustancia repelente, la concentración de
bacterias en el capilar será considerablemente menor que la del control. En este caso, las
células perciben un aumento en la concentración del repelente y los quimioreceptores
correspondientes influyen sobre el motor flagelar para que la rotación permita el
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alejamiento del repelente. Utilizando el método del capilar, es posible analizar si las
sustancias son atractivas o repelentes para una bacteria determinada.
La quimiotaxis también puede estudiarse microscópicamente. Utilizando una cámara de
video que capte la posición de las bacterias a distintos tiempos y marque la trayectoria de
cada célula, es posible visualizar este fenómeno. Este método ha sido adaptado a
estudios de bacterias quimiotácticas en medios naturales. Se piensa que en la naturaleza
los principales agentes quimiotacticos para las bacterias son los nutrientes secretados por
células microbianas de mayor tamaño o por otros microorganismos vivos o muertos.
La siguiente figura muestra huellas de bacterias móviles en agua marina al desplazarse
por las proximidades de una célula de un alga (mancha blanca en el centro) que fueron
detectadas mediante un sistema de videocámara acoplado a un microscopio. Adviértase
que las células responden positivamente al oxígeno (aerotaxis) que el alga produce por
fotosíntesis. La velocidad media de las células fue de 25 µm/segundo. El alga tiene unos
60 µm de diámetro.
Huellas de bacterias móviles en agua marina
Madigan,et al. 2009
Otros tipos de técnicas utilizadas es por medio de preparación de medios de cultivo con
diferentes gradientes de concentración.
3.2.3. Desventajas
Entre las desventajas de esta quimiotaxia es que por ejemplo existen algunos derivados
como el Eugenol que es utilizado como agente bactericida en enfermedades infecciosas
bucales que cuando las bacterias están en contacto con esta sustancia mueren. Algunos
ensayos para la medición de quimiotaxis no están disponibles por lo que no es confiable
su reproducibilidad.
Actividad 1. Huella genética
En esta actividad leerás el artículo ―La huella genética de la selección natural‖ que
puedes descargar desde el aula, te servirá como detonador para entablar una charla en
Microbiología y taxonomía microbiana
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el foro que lleva el nombre de esta actividad. Discute acerca de cómo la caracterización
bacteriana contribuyó al conocimiento de la evolución de los microorganismos. Esto te
permitirá diferenciar los linajes aunque procedan de un antepasado en común.
Una vez que hayas leído el artículo dirígete al foro y participa a partir de las preguntas
que se te plantean
Para participar en el foro:
1. Dirígete al aula.
2. Ingresa al foro con el nombre de esta actividad y realiza lo que en él se
teindica.
*Es recomendable que previo a tu ingreso al foro consultes la Rúbrica de
participación en foros que se encuentra en la pestaña Material de apoyo.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o
copia de contenidos, ya que el facilitador(a) puede detectar esta situación sin
dificultad. Tenpresente que tu formación exige que desde esta etapa todo
producto o tarea quereportes sea de tu iniciativa y creatividad, con la intensión de
que en lo sucesivo estaactitud se proyecte directamente en tu práctica
profesional.
La extrema diversidad que existe entre las bacterias se ve reflejada más intensamente en
sus propiedades fisiológicas y bioquímicas que en la forma que estas presentan. Aunque
parece sencillo explicar la morfología bacteriana, las características bioquímicas y
fisiológicas están basadas en la química de los componentes estructurales de la célula
bacteriana, por lo que se consideran de gran utilidad en la descripción de los
microorganismos.
Se necesita conocer detalladamente que cambios sufren las bacterias durante los
procesos metabólicos, como es que se llevan a cabo las reacciones bioquímicas, que
enzimas intervienen y cuáles son los productos intermedios que se generan.
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Tubos de ensaye con cultivo microbiano y su reacción
ante las pruebas bioquímicas
http://aexbe.es.tl/Nuevo-.--
Pruebas-bioqu%EDmicas.htm
La figura anterior muestra la forma de expresar una respuesta ante las pruebas
bioquímicas o medios de cultivo especiales para obtener alguna especie en particular de
bacteria. El cambio o vire de color significa que reaccionan positivamente o favorable a la
producción de una enzima, fermentación de lactosa, producción de indol, entre otras.
Fundamentos de la caracterización por pruebas bioquímicas
Los microorganismos se suelen cultivar en medios que generalmente contienen
sustancias nutritivas específicas o sustratos los cuales se incuban y después de cierto
tiempo el cultivo se examina para ver los cambios bioquímicos que han ocurrido.
Al observar en el microscopio los cultivos microbianos solamente permite visualizar como
están distribuidos en varios grupos los microorganismos basados exclusivamente en su
forma, sin embargo cada grupo presenta una extrema diversidad de tipos basándose en
su actividad bioquímica, serológica y su poder patógeno.
Para poder estudiar a fondo los microorganismos es fundamental la obtención de un
cultivo puro y después realizarle una serie de pruebas bioquímicas, ya que las bacterias
reaccionan de modo distinto a los diversos métodos que existen y tales reacciones son
útiles para clasificarlas.
Ejemplos de bacterias teñidas vistas al microscopio electrónico
http://estructurayfuncio
ncelularbacteriana.wiki
spaces.com/Tinciones+
de+microorganismos
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En la unidad anterior se estudió la forma de obtener cultivos puros a partir de una serie de
cultivos bacterianos y de materiales que se suponen contaminados por gérmenes
patógenos, mediante una serie de resiembras con ayuda de un asa bacteriológica que
tiene un alambre de platino, la cual es pasada al fuego para esterilizarla y así evitar la
contaminación de cepas.
3.3.2.Principales técnicas
En la actualidad al convivir con una gran mayoría de microorganismos, es de gran utilidad
el poder identificar que especies intervienen negativamente en una actividad o de manera
benéfica, ya que es de gran importancia para entender de qué forma atacarla o explotarla.
Para llevar a cabo la identificación bacteriana es necesario procesarlas a nivel de
laboratorio conocer tanto sus características morfológicas, la reacción que presentan a la
tinción de Gram, agrupación y morfología de las colonias, reacciones metabólicas como la
producción de enzimas, entre otras.
Uno de los métodos más usados es la utilización de colorantes para teñir a las células y
facilitar su observación. Los colorantes son compuestos orgánicos y cada tipo de
colorante tiene afinidad por determinados componentes celulares. Muchos colorantes que
se utilizan químicamente sus moléculas están cargadas positivamente, es decir son
básicos o catiónicos, por ejemplo el jugo de limón o la coca-cola son ácido y por lo tanto
están cargados negativamente a diferencia del sudor o la sal de mesa que son salados
(básico) y tienen carga positiva.
Para llevar a cabo las tinciones de muestras bacterianas se requiere llevar los siguientes
procesos:
1. Realizar un frotis y fijarlo
2. Aplicar un colorante
3. Decolorarlo con alcohol puro (96%)
4. Lavarlo con agua.
5. Aplicar otro colorante de contraste.
6. Observarlo al microscopio electrónico.
Metodología de tinción de bacterias
Para la preparación de los frotis se necesita un portaobjetos de vidrio, limpio y seco, en
donde se va a colocar una gota de la muestra bacteriana que se va a teñir en el caso de
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que sea líquida o toma un hisopo haciéndolo pasar sobre el cultivo, el hisopo se parece a
un cotonete con los que usualmente se limpian los oídos. La muestra se frota
directamente sobre el portaobjetos, donde puede visualizarse con facilidad. El material
colocado en el portaobjetos se deja secar al aire o bien se pasa varias veces por la zona
azul de una flama hasta que el vidrio esté tan caliente que moleste al tacto pero no
queme, de esta forma se evita contaminación de la muestra. Posteriormente se realizan
los pasos siguientes que corresponden para cada tinción que se va a llevar a cabo.
A continuación se muestra una serie de tinciones y pruebas bioquímicas que se emplean
en los test rutinarios para la descripción e identificación de las bacterias.
Tinción de Gram: este tipo de tinción revela la forma de la célula bacteriana, su
agrupación y grupo taxonómico al que pertenece ya sea Gram positivo o Gram
negativo.
La tinción de Gram fue introducida en el año de 1884 por el danés Christian Gram, para
teñir a las bacterias. En la actualidad es una técnica comúnmente utilizada que consiste
en teñir la muestra bacteriana (frotis) con el colorante violeta de genciana, someterla a la
acción mordiente de lugol, lavar con alcohol puro (96%) hasta eliminar el exceso de
colorante y teñir luego con un colorante de contraste, como la fucsina básica o safranina.
Las bacterias que retienen la violeta de genciana se llaman Gram positivas (Gram +) y las
que se decoloran y se tiñen en rojo por el colorante de contraste son Gram negativa
(Gram -).
Tinción de Gram en bacterias bacilares
http://pathmicro.med.sc.
edu/fox/gram-st.jpg
La figura anterior muestra la reacción ante la tinción de gram de las bacterias bacilares.
Las gram positivas aparecen teñidas de color morado mientras que las gram negativas de
color rosa. Esta diferencia en respuesta a la tinción de Gram se debe a la estructura de su
pared celular como ya se especificó anteriormente. Después de la tinción con el colorante
básico (cristal violeta o violeta de genciana), se le agregó el alcohol el cual decolora a las
células gram negativas pero no a las gram positivas y por último antes de observarlas al
microscopio se tiñen con un colorante de contraste (safranina) para que se pueda
visualizar perfectamente.
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Algunos ejemplos de bacterias que reaccionan a la tinción de Gram positivo son:
S t a p h y l o c o c c u s
a u r e u s , S t r e p t o c o c c u s
p n e u m o n i a e ,
M i c r o c o c c u s s p ,
C l o s t r i d i u m
p e r f r i n g e n s , C .
s e p t i c u m , L i s t e r i a s p ,
A c t i n o m y c e t e s i s r a e l i i ,
N o c a r d i a s p .
Ejemplos de bacterias que reaccionan a la tinción de Gram negativo son:
N e i s e r i a m e n i n g i t i d i s ,
M o r a x e l l a s p ,
A c i n e t o b a c t e r s p , E .
C o l i , H a e m o p h i l u s
i n f l u e n z a e , V i b r i o
c h o l e r a e , C a m p y l o b a c t e r
j e j u n i , F u s o b a c t e r i u m
s p .
Tinción de Ziehl-Neelsen: este tipo de tinción es esencialmente para aquellas
bacterias ácido-resistentes como el bacilo que causa la tuberculosis. Resulta difícil
teñirlas, pero una vez que el colorante ha penetrado en la bacteria, las cuales lo
conservan después del tratamiento con ácido diluido. La propiedad de resistencia se
debe tanto que en la capa de su membrana celular y dentro de la célula (citosol)
poseen lípidos.
Se lleva a cabo realizando el frotis habitual, salvo que este se fija por calor, se cubre la
preparación con fucsina fenicada, se calienta hasta producir vapores (aprox. 3 minutos),
se decolora con alcohol-clorhídrico hasta que las partes más finas no tengan colorante y
las más gruesas tomen un color rojizo. Después se le coloca una tinción de contraste con
azul de metileno (1minuto), se lava con agua y seca para por ultimo observarlas al
microscopio. Las bacterias ácido-resistentes se tiñen en rojo y las células y otras bacterias
en azul.
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Bacilo causante de la tuberculosis Mycobacterium tuberculosis
http://www.auxiliare
senfermeria.net/20
11/07/la-tincion-
para-
micobacterias.html
Tinción de azul de metileno: para teñir a las bacterias se emplea una mezcla de azul
de metileno, alcohol etílico e hidróxido de potasio (KOH), la cual se vierte sobre la
muestra bacteriana y se deja actuar de 3 a 5 minutos lavándola posteriormente con
agua y se observa al microscopio electrónico.
Tinción de capsulas: las capsulas de las bacterias son frágiles, por lo que nos se tiñen
con los métodos corrientes, se utiliza una solución de colorante cristal violeta que se
calienta y después se realiza un lavado con sulfato de cobre. La capsula bacteriana se
tiñe de color azul pálido, mientras que la célula y su interior aparecen teñidas de color
azul obscuro.
Tinción de Esporas: algunas especies de bacterias producen intracelularmente
estructuras especiales llamadas endosporas, que son células diferenciadas
resistentes al calor, agentes químicos y radiación. Funcionan como estructuras de
supervivencia para proporcionar al organismo resistencia a condiciones adversas
como temperaturas extremas, desecación, limitación de nutrientes. Los géneros más
estudiados con esta técnica son Bacillus y Clostridium.
El método de Schaeffer y Fulton es habitual para teñir esporos, se cubre el frotis con
verde malaquita en solución acuosa dejándolo reposar media hora, después se calienta
hasta observar vapores durante medio minuto, eliminar con agua el exceso de colorante y
por último aplicar safranina. Los esporos retienen el color verde y las partes vegetativas
se tiñen de rojo.
Bacillus subtilis, observe los esporos teñidos de verde
http://bacillus8.blogspot.com/
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Tinción de flagelos: los flagelos de las bacterias son invisibles en las preparaciones
corrientes, por lo que solo pueden visualizarse con tinciones especiales. Los flagelos
se observan en cultivos bacterianos recientes (12-18 horas), en un tubo con 5 ml de
caldo nutritivo, se cultiva la muestra procedente de la placa de agar hasta que se
observe una ligera turbidez, se coloca en la estufa a 37°C durante 1 hr.
Posteriormente se colocan 2 o 3 gotas de la muestra sin mezclarlas ni extenderlas, se
flamea en la parte azul de la llama y se deja secar al aire. Para la tinción se ocupa una
mezcla homogénea en agua destilada de fucsina básica, alcohol etílico, ácido tánico y
cloruro de sodio. Se coloca el colorante a la muestra dejándolo actuar de 5 a 15
minutos hasta observar un precipitado y se lava para finalmente observarse al
microscopio electrónico. Observándose los flagelos de color rosa o rojo y el resto de la
célula es de color rosa tenue o bien sin color.
La tinción de Feulgen es una técnica para teñir nucleótidos, fue descubierta por Robert
Feulgen, se basa en la hidrolización del DNA por medio de una solución diluida de
ácido clorhídrico (HCl) donde se van a liberar las bases puricas del ADN.
Prueba de Catalasa: este tipo de prueba bioquímica es muy útil para observar la
presencia de la enzima catalasa que se encarga de descomponer el peróxido (H2O2)
en oxígeno y agua, se localiza en las bacterias que son aerobias y anaerobias
facultativas. El método usual es realizar un frotis, agregarle una gota de peróxido, si se
visualiza la formación de burbujas el resultado es positivo, mientras que si no sucede
de lo contrario el resultado es negativo. Una especie que reacciona positivamente a la
catalasa es Penicillium simplicissimum.
Prueba de Oxidasa: esta prueba comúnmente se utiliza para determinar la enzima
citocromo-C-oxidasa, entre algunos géneros que resultan positivos a esta prueba
destacan Pseudomonas sp, Neisseria sp, Moraxella sp, Vibrio sp, Aeromonas sp. Se
lleva a cabo para determinar la oxidación en presencia del citocromo C. Usualmente
se ocupan discos de papel de filtro, una caja petri, reactivo de oxidasa (solución de
NNN'N', tetrametil, 1-4 fenilendiamina). Se coloca un disco inmerso de reactivo
oxidasa que se pone sobre la muestra bacteriana, inmediatamente si la reacción se
hace positiva indica un color azul-violeta intenso, de lo contrario la prueba será
negativa.
Prueba de Indol: se prepara utilizando usando caldo triptófano y se observa la
producción de indol. Se inocula el medio y se incuba durante 2 días y pasado el
tiempo se utiliza el reactivo de Kovac para evidenciar la prueba. Se lleva a cabo
cubriendo el medio con 2 ml de cloroformo, seguido de 2 ml del reactivo de kovac, una
reacción positiva denota la aparición de color rosa o rojo intenso en la capa de
cloroformo, de lo contario la prueba es negativa.
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Forma de observarse la prueba de Indol
http://www.joseacortes.com/galeriaimag/
microorganismos/indol.jpg
Voges-Proskauer y Rojo de Metilo: se basan principalmente en la determinación de
acetoina que es un producto final de la síntesis de la glucosa. La acetoína es también
conocida como butanodiol o acetil-metil-carbinol. Estas pruebas se asocian, ya que
permiten la identificación de enterobacterias que son microorganismos anaerobios
facultativos. Para llevar a cabo estas pruebas se necesita de un medio de cultivo caldo
de Clark y Lubs que tenga 3 días de inoculación, pasado el tiempo se separa en dos
muestras, una para cada ensayo correspondiente.
Rojo de metilo al tubo se le añaden de 4-5 gotas de reactivo indicador Rojo de Metilo, se
agita para homogeneizar y se observa la coloración que se obtuvo, será positiva si cambia
a un color rojo y negativa si permanece amarillo.
Voges-Proskauer a la otra muestra del tubo de cultivo se le añade una mezcla del
reactivo A Voges-Proskauer que contiene alfa-naftol 5% en etílico absoluto observando
que el medio adquiere un aspecto lechoso y reactivo B de Voges-Proskauer hidróxido de
potasio (KOH), se observara que desaparece el aspecto lechoso y se agita fuertemente.
La prueba se torna positiva cuando en menos de cinco minutos aparece un color rosado-
violáceo que inicia en la parte superior del tubo y si no hay coloración alguna la pruebas
es negativa.
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Visualización de la prueba rojo de metilo.
Además de las tinciones y las pruebas antes mencionadas existen medios de cultivo que
van a funcionar como evidencia de crecimiento de alguna especie bacteriana muy en
particular, entre los que destacan:
Citrato de Simmons: este tipo de medio se emplea para la diferenciación de cepas de
E. coli fecal de las del grupo aerogenes las cuales crecen también en este medio ya
que se utiliza citrato. También existen otras especies como las del género Salmonella,
en especial S. typhimurium, S. typhosa y S. paratyphi que utilizan citrato como
nutriente para crecer.
El agar Nitrato: sirve para identificar bacterias que realizan la reducción de los nitratos
a nitrito, se añade una solución al tubo con cultivo microbiano, esta es una mezcla de
ácido acético más ácido sulfanílico y ácido acético con alfa-amidonaftaleno. Si al
observar el tubo de color rojo-rosado indica la presencia de nitritos.
Medio SIM: este medio tiene tres finalidades en las muestras bacterianas, sirve para
comprobar hidrógeno sulfurado, Indol y motilidad. Se lleva a cabo una siembra por
picadura, donde la aparición de una ligera zona negra a lo largo del trayecto de la
siembra, se considera una producción positiva de hidrógeno sulfurado. La motilidad se
nota por el crecimiento en forma de limpia tubos alrededor del trayecto central de la
picadura., las bacterias inmóviles no penetran en el agar semisólido y por ultimo para
comprobar la formación de Indol se utilizan tiras de papel empapadas de solución
saturada de ácido oxálico y se corrobora con el reactivo de Kovac.
Actividad 2. Pruebas bioquímicas
En esta actividad compararás entre las principales pruebas bioquímicas utilizadas para la
identificación de bacterias, lo que te permitirá poder hacer uso en un caso necesario de
análisis ya sea ambiental, de salud, farmacéutico, industrial entre otros. Realiza lo
siguiente:
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1.- En un documento de textoelabora un cuadro comparativo de las principales pruebas y
tinciones bioquímicas haciendo énfasis en la importancia de cada prueba.
2.- Apoya tu trabajo con imágenes y sé cuidadoso con la ortografía
3.- Guarda tu documento con la nomenclatura MTM_U3_A2_XXYZ y envíalo a tu
facilitador (a) mediante la sección de tareas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu facilitador (a) puede detectar esta situación sin dificultad, tu
formación exige que todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
3.4. Caracteres Genéticos
Habrás escuchado hablar de la ingeniería genética, te preguntaras a que se refiere, es
una ciencia auxiliar de la genética que se encarga del uso y aplicación de técnicas in vitro
para modificar el material genético de los microorganismos en el laboratorio, dicho
material genético (ADN) puede después reinsertarse en el microorganismo de donde se
extrajo o bien en otra especie de interés.
Recientemente han tenido gran auge los análisis moleculares genéticos. Ha pasado por tu
mente hacerte la pregunta del por qué no tienes algún rasgo que te identifique con tus
progenitores y has encontrado respuesta alguna. He aquí donde actúa la genética que es
una ciencia auxiliar de la biología que se encarga del estudio de la herencia, de cómo es
que las características fenotípicas y genotípicas se van a transmitir de una generación a
otra (herencia genética).
Esta ciencia se inició con el monje austriaco John Gregor Mendel (1822-1884), que es
considerado el padre de la Genética, experimentó con guisantes (chicharos) con los
cuales llevo a cabo una serie de experimentos respecto a su apariencia física cruzó
organismos con características físicas diferentes con los que demostró la transmisión de
los caracteres genéticos. Aunque sus experimentos no fueron tomados en serio, fue hasta
1900 que sus trabajos se volvieron a retomar y posteriormente durante las décadas
siguientes sirvieron de base para los genetistas que se dedican a estudiar la transmisión
de los caracteres y la expresión de la información genética.
En la actualidad son de gran utilidad, por ejemplo sabrás que en criminología son
esenciales para esclarecer crímenes, muy importantes en pleitos de paternidad, para
erradicar y combatir enfermedades, mejoramientos de semillas y de especies animales y
la más importante dentro del estudio de los microorganismos para su identificación.
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3.2.1. Fundamentos de la caracterización genética
Las estructuras que son esenciales para la genética microbiana, se encuentran dentro de
la célula, específicamente estamos hablando del cromosoma bacteriano, donde se
localiza el ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA).
El ADN es el material genético que se utiliza para guardar la información genética,
supongamos que es el disco duro de una computadora, sabes pues que en él puedes
guardar toda la información que se genera al trabajar.
Una secuencia de ADN es simplemente la unión de miles de nucleótidos. Un nucleótido
está formado por una azúcar de 5 carbonos (pentosa) llamada desoxirribosa, un grupo
fosfatado y una base nitrogenada, que en este caso se dividen en bases puricas como la
adenina (A) y guanina (G) y en bases pirimidicas que son timina (T) y citosina (C)
(Solomon, et al. 2008).
Cada especie microbiana tiene una secuencia genética diferente, lo cual le confiere
características que las diferencian y son de suma importancia para la identificación
bacteriana. Se tiene conocimiento de la secuencia genética de algunas bacterias, pero en
general la mayoría contienen entre 500 a 6000 genes. En 1949 Edwin Chargaff y sus
colegas de la Universidad de Colombia llegaron a determinar la composición de bases de
ADN de diversos organismos y tejidos, entre los que destacan el de la bacteria E. coli que
contiene 26.1 % de adenina, 23.9 % de timina, 24.9 de guanina y 25.1 % de citosina
(Solomon, et al. 2008).
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Estructura de un nucleótido que forma parte del DNA
Editar del Solomon et al. 2008
3.2.2.Principales técnicas
En la actualidad se han secuenciado completamente los genomas de muchas bacterias,
lo que ha revelado el número y la disposición de los genes que poseen. La clonación y la
secuenciación han revolucionado el estudio de la estructura y la función del genoma en
todos los organismos. Los procesos de transformación, transducción y conjugación se han
utilizado para mapear la localización de los genes en un cromosoma bacteriano
(Madigan,et al. 2009).
Se han desarrollado y mejorado técnicas para auxiliar a la ingeniería genética, dichas
técnicas se basan en la capacidad para cortar el ADN de interés en fragmentos
específicos y purificar dichos fragmentos para su posterior manipulación. Entre las
herramientas básicas destacan: enzimas de restricción, separación de ácidos nucleicos
por electroforesis, hibridación de ácidos nucleicos, las sondas de ácido nucleico,
clonación molecular y vectores de clonación.
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Electroforesis en gel
http://betbettybea.blogspot
.com/2011/11/electroforesi
s.html
Las imágenes anteriores muestran cómo es que se lleva a cabo una electroforesis en gel.
La figura de la izquierda ejemplifica como el investigador coloca con mucho cuidado y con
ayuda de una micropipeta la muestra de ADN en los posos del gel de agarosa, se
sumerge en bromuro de etidio y se aplica corriente eléctrica y posteriormente la imagen
derecha es la observación final de la técnica con la ayuda de una cámara de luz
ultravioleta, donde las marcas son el ADN.
Después de aislado y purificado el DNA se siembra la muestra en una placa porosa de gel
de agarosa o poliacrilamida, la cual es sometida aplicándole corriente eléctrica. Al
aplicarse la corriente lo que va a provocar es que las moléculas se van a mover a través
del gel impulsadas por la corriente. Esta técnica nos permite separar moléculas de
acuerdo a su peso molecular y carga (positiva o negativa), debido a esto provoca que las
moléculas pequeñas o las de cierta carga se van a mover con mucha mayor velocidad
que las moléculas grandes. Los ácidos nucleicos por naturaleza están cargados
negativamente, por lo tanto se van a dirigir hacia el polo positivo.
Durante el siglo pasado se han llevado a cabo experimentos para encontrar la secuencia
completa del genoma de varias especies bacterianas, esto implica una serie de trabajo
excesivo llevadas a cabo en laboratorios dotados de nuevas tecnologías de obtención,
procesamiento y visualización de los microorganismos.
Cada organismo tiene una secuencia única de DNA genómico, excepto los gemelos
idénticos. A diferencia de los organismos superiores cuyo material genético contiene
cadenas repetitivas de ADN, las cuales varían en número y disposición respecto a cada
especie. El DNA se puede sintetizar in vitro mediante un método en fase sólida, donde se
obtienen copias de secuencias específicas de ADN y son necesarias para muchas
técnicas moleculares, un método por el cual se sintetizan estas copias in vitro de ADN es
la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) fue inventada por Kary Mullis, el cual
recibió el premio nobel por su invento (Madigan,et al. 2009).
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La PCR puede copiar segmentos de ADN hasta mil millones de veces en un tubo de
ensayo, un proceso llamado amplificación, que genera grandes cantidades de genes
específicos u otros segmentos de ADN para toda una serie de aplicaciones en la biología
molecular. Imaginemos pues que es una fotocopiadora a la cual manipulamos y
programamos para que nos de cómo resultado una cantidad específica de copias de
algún documento, al final tendremos pues copias idénticas a la original y básicamente eso
es lo que hace la técnica de PCR. Utiliza una DNA-polimerasa que copia moléculas de
ADN de manera natural, no las copia de manera completa, sino que amplifica fragmentos
de hasta algunos miles de pares de bases de una molécula de ADN más grande.
La técnica básica para el estudio molecular de las bacterias es:
i. Cultivar la muestra bacteriana en un medio general.
ii. Llevar a cabo un aislamiento para purificar la bacteria.
iii. Si es necesario volver a resembrar el microorganismo en un medio especial para
evitar contaminación de cepas.
iv. Aplicar una serie de pruebas y tinciones mencionadas en el tema anterior que
sirven para identificar la especie bacteriana.
v. Teniendo el cultivo puro, seguir incubando hasta obtener varias generaciones.
vi. Tomar una masa de microorganismos y centrifugarlos para obtener por diferencia
de peso molecular el ADN.
vii. Aplicar técnicas específicas para lo que se requiere conocer cómo, la secuencia
de nucleótidos, las proteínas, los genes.
Una herramienta que auxilia para el estudio del material genético son los microscopios,
que con los grandes avances tecnológicos han ido especializándose más respecta a los
intereses particulares del investigador, entre los cuales destacan los microscopios ópticos
de campo brillante, de campo obscuro, de fluorescencia, con focal, de contraste de fases,
de interferencia, también microscopios electrónicos de transmisión, de barrido.
Cósmidos:son vectores plasmídicos que contienen el sitio cos del genoma lambda (λ),
que genera extremos cohesivos cuando se cortan, son muy útiles en la tecnología del
DNA recombinante, con estos es posible clonar fragmentos de ADN más grandes, se
utilizan para fabricar genotecas de cDNA y son estudiados cuando el gen se expande de
30 a 40 kilobases (kb), es decir miles de bases que componen el ADN. La ventaja que
tienen los cósmidos, es que es posible clonar fragmentos de DNA foráneo más grandes
que los originales.
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Esquema de un cósmido
http://genetica-
moderna.blogspot.com/2010/08/man
ipulacion-genetica.html
Plásmidos:son elementos genéticos que se replican independientemente del cromosoma,
forman parte de otro elemento genético. Existe una inmensa cantidad de plásmidos de
ADN de doble cadena moléculas de material genético que la mayoría son circulares, no
obstante hay algunos que son lineales. Los plásmidos difieren de los virus ya que no
causan daño alguno a la célula huésped y no presentan formas extracelulares.
Los plásmidos se diferencian de un cromosoma bacteriano, ya que los primeros portan
solo genes no esenciales y los cromosomas genes que son muy esenciales.
En cepas de E. coli se han asilado más de 300 plásmidos naturales. El DNA de los
plásmidos es bicatenario y contienen de 1 Kbp hasta 1 Mbp.
Localización de un plásmido bacteriano
http://caibco.ucv.ve/caibc
o/vitae/VitaeDos/Articulo
s/BiologiaCelular/carcter.
htm
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3.2.3.Desventajas
Pero los investigadores se han topado con un gran problema, el cual es que agentes
químico, condiciones del medio ambiente hacen que los genes sufran mutaciones. Una
mutación es aquella que produce cambios en la secuencia nucleótida del DNA, no
obstante el índice de mutación global es mayor que la frecuencia de daños en el DNA,
puesto que todos los organismos tienen complejos enzimáticos que reparan algunas
lesiones que llegase a sufrir el ADN.
Otro problema al que suelen enfrentarse es que al momento de cultivar la cepa, esta no
se pueda obtener pura, ya que existen especies bacterianas que comparten
genéticamente secuencias de nucleótidos, las cuales con los métodos de tinción o
pruebas no se puedan diferenciar.
Evidencia de Aprendizaje. Plásmidos y Cósmidos
Esta actividad es un gran reto ya que implica crear un mapa conceptual (MMCC) en el
cual reflejarás tu dominio del tema anterior, al construirlo describirás las aplicaciones
biotecnológicas de plásmidos respecto a la forma del ADN. Elaborar un mapa conceptual
donde apliques la biotecnología de plásmidos respecto a la forma de ADN.
En un documento de texto o archivo de imagen plasma un mapa conceptual que
contenga las siguientes características:
El mapa conceptual debe presentar una estructura arborescente que incluya los
siguientes aspectos:
1.- concepto o idea original
2.- palabras clave
3.- conectores
4.- conectivos y palabras de conexión
5.- conceptos en diferentes niveles en este caso puedes desarrollarlo mínimo entres
niveles
De esta manera a partir del concepto o idea de origen ocurre:
1.- desprendimiento de conceptos secundarios
2.- conectores y proposiciones.- conectores son palabras o preposiciones insertas entre
dos conceptos y son útiles para producir nuevas proposiciones o enunciados con sentido
3.- enlaces cruzados.- son puentes entre proposiciones dentro de la arborización
4.- Jerarquización.- es el orden en ascendente-descendente en función de la complejidad
de los conceptos o proposiciones tratados en la arborización del MMCC.
Realiza lo siguiente:
1. En un documento de Word elabora un mapa conceptual siguiendo las indicaciones
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anteriores. Eres libre de profundizar tanto como deseas.
2.- Sé cuidadoso con la ortografía
3.- Guarda tu documento con la nomenclatura BIC_U3_EA_XXYZ y envíalo a tu
facilitador (a) mediante la sección de tareas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, el facilitador puede detectar esta situación sin dificultad, tu formación exige
que desde esta etapa todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y
propio de tu iniciativa y creatividad, para que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
Nota 2: No olvides revisar/consultar la Escala de evaluación para que puedas guiarte
correctamente en el diseño de estructura de tu ensayo y en el proceso de solución o
respuesta de tu Evidencia de Aprendizaje (EA).
O. A. Relacionar columnas sobre los diferentes tipos de caracterización
microbiológica, ventajas y desventajas de cada una de ellas.
1. En esta actividad realizarás un formato de relación de columnas donde deberás
incluir:
Los tipos de caracterización microbiológica
Las ventajas y desventajas del uso de estas caracterizaciones.
2.- Sé cuidadoso con la ortografía
3.- Guarda tu documento con la nomenclatura MTM_U3_OA_XXYZ y envíalo a tu
facilitador (a) mediante la sección de tareas.
Esto te permitirá utilizar adecuadamente las terminologías vistas en el tema, así como
identificar la más adecuada respecto a las ventajas y desventajas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu facilitador (a) puede detectar esta situación sin dificultad, tu
formación exige que todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
Cierre de Unidad
Como te habrás dado cuenta con los temas vistos en esta unidad, la gran capacidad
metabólica que tienen los microorganismos para reaccionar a las diferentes pruebas y
tinciones, así como está involucrado el material genético para poder estudiar los
caracteres del genoma para determinar específicamente la huella dactilar de cada especie
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
y que tan importante son en la actualidad las diversas técnicas para llegar a la obtención
de ADN purificado y de esta forma conocer más acerca de estos microorganismos para
poder aplicarla en experimentos de gran utilidad para poder erradicar enfermedades,
mejoramiento de cepas para producción de vinos o lácteos e incluso remediar nuestro
medio ambiente haciendo en las bacterias que intervienen en los procesos de fijación del
nitrógeno, el tratamiento de aguas residuales.
Para saber más
Para corroborar lo aprendido sobre la técnica de tinción de Gram observar el siguiente
video http://www.gefor.4t.com/bacteriologia/tinciondegram.html.
Para entender mejor la técnica de electroforesis en gel ver los siguientes videos
http://www.youtube.com/watch?v=sbCusDyYoi0 y
http://www.youtube.com/watch?v=WeRwsr5JUwA
Para comprender como se lleva a cabo la PCR observar el siguiente video
http://www.youtube.com/watch?v=i1o4jYepdxs.
Para comprender que son los plásmidos ver el siguiente video
http://www.youtube.com/watch?v=RfMTv1km0RU.
Fuentes de consulta
Bibliografía básica
González,G. M. y C. A. M. (2007) Microbiología ambiental. Corpus. 120 pp.
Pidello,A. (2011). Ecología microbiana. Corpus
Willey, J., Sherwood, L. M. y Woolverton, C. J. (2009). Microbiología. 7a ed. MGraw
Hill-Interamericana.
Bibliografía complementaria
Brooks, G. F., Butel, J. S. y Morse, S. A. (2011). Microbiología Médica. 25° ed. Mc
Graw Hill.
Madigan, M. T., Martinko, J. M. y Parker, J. (2009). Brock. Biología de los
microorganismos. 12 a ed. Pearson Adison-Wesley.
Prescott, L. M., Harley, J. P. y Klein, D. A. (2005). Microbiología. 5a ed. McGraw-
Hill Interamericana.
Solomon, P. E., Berg, R. L. y Martin, W. D. (2008). Biología. 8a ed. Mc Graw Hill.
Tórtora, G. J., Funke, B. R. y Case, C. L. (2007). Introducción a la microbiología. 9a
ed.Médica Panamericana.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Unidad 4.Ecología microbiana
Presentación de la unidad
La ecología microbiana es una ciencia que recientemente comenzó a tener importancia,
pues está estrechamente relacionada con problemas de contaminación y la interacción
que el hombre tiene con su ambiente, pero aborda su contenido temático mezclando
temas de biología con las ciencias auxiliares ecología y microbiología que abordan el
estudio fundamental de como los microorganismos juegan un papel importante en la
biosfera. Es imposible concebir la vida en el planeta Tierra sin la gran diversidad de seres
vivos y las actividades que estos llevan a cabo en conjunto.
Forman pues un factor importante dentro de las cadenas tróficas de los ecosistemas, la
función que desempeñan en los ciclos biogeoquímicos (oxígeno, carbono, nitrógeno,
agua), las interacciones con el resto de los organismos vivos; las cuales llevan a definir su
papel importante para mantener la salud de los ecosistemas. Por ejemplo te habrás dado
cuenta que si no realizas la limpieza de una pecera se forma una película que recubre las
paredes y obviamente los peces empiezan a presentar problemas puesto que el exceso
de microorganismos hace que compitan por nutrientes básicos, otro muy común es la
placa dental que se forma diariamente de manera normal ayudando a la protección del
esmalte; mientras que si se presenta en forma excesiva esta puede provocar el deterioro
del mismo. También habrás notado que en un rio las piedras tienen una textura
resbaladiza que hace peligroso el cruce puesto que puedes caer y lastimarte, pues son
los microorganismos que hacen posible esto al igual que recubren las superficies de las
tuberías, los cascos de los barcos.
Propósitos
En esta unidad comprenderás los conceptos importantes de cómo los microorganismos se
relacionan con otros y el medio ambiente que le rodea para llevar a cabo actividades
importantes, que variedad de especies intervienen en procesos de la industria alimenticia,
farmacéutica, agropecuarios y en la medicina (salud); por ejemplo la importancia de la
flora bacteriana de los organismos que ayuda a protegerlos contra agentes patógenos.
Además analizaras por qué son importantes los biofilms en la vida cotidiana y de cómo se
lleva a cabo el quórum sensing.
Competencia específica
Relacionar los distintos conceptos de la ecología microbiana mediante el estudio de su
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
fundamentación ecológica para comprender el comportamiento de diferentes
microorganismos empleados en las técnicas y procesos biotecnológicos.
4.1. Concepto de hábitat y biodiversidad
Actualmente el impacto de las actividades humanas (urbano-industrial-agropecuarias y
recreacionales) en los componentes del Sistema Tierra ha generado una crisis ambiental,
la cual ha despertado gran preocupación no sólo en la comunidad científica sino en la
sociedad en general.
En términos de la ecología microbiana el hablar de hábitat es pues el entorno natural en el
que vive un organismo, población o especie. Los factores que lo componen son dos:
De tipo biótico, es decir que tienen vida como las plantas, microorganismos, los
animales, los hongos y
De tipo abiótico que son aquellos que no tienen vida pero son vitales como el agua, el
aire, la luz solar, el suelo, la presión atmosférica.
Relacionemos el tema de hábitat con tu casa, que está conformada por varias
habitaciones y en cada una de ellas se realizan diferentes actividades, ubicas entonces la
cocina, la sala, el comedor, el baño y las recamaras como habitaciones primordiales. La
función de cada una de las habitaciones es contribuir a la vida cotidiana, tenemos pues
una habitación donde dormimos, descansamos, bañamos, comemos.
Por otro lado la biodiversidad es la variedad de organismos vivos considerada a nivel de
diversidad genética, diversidad de especie y diversidad de ecosistema. Estamos hablando
de sumar la proporción de cada especie que existe y cuantas especies hay en número de
cada una de ellas dentro del ecosistema; es decir riqueza más abundancia.
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Biodiversidad biológica de México
http://biodi
versidad-
mexico-
fanny.blog
spot.com/
Por ejemplo la diversidad humana (Homo sapiens) del planeta Tierra es muy variada, así
sabes que existen razas humanas que se pueden distinguir genéticamente por el tono de
piel, los rasgos físicos, y por el lugar donde habitan debido a sus costumbres, vestimenta,
idioma. También en los animales podemos observar diferencias entre las especies de
perros, gatos, mariposas, peces, bacterias, hongos y en las plantas se denominan
variedad de especie como el maíz, frijol, chile, manzana, uva; y seguiríamos hablando de
un sinfín de especies que tú ya conoces.
Biodiversidad Biológica del planeta Tierra
http://recursosnaturalesd
echiapas.blogspot.com/2
011/05/dia-mundial-de-
la-biodiversidad.html
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
En el planeta Tierra la población de seres vivos que conviven se esquematiza en el
siguiente gráfico, donde a pesar de que las bacterias ocupan un porcentaje menor
comparado por ejemplo con los insectos son de gran utilidad a nivel industrial para la
elaboración de productos alimenticios, farmacéuticos, para el tratamiento de aguas
residuales, en el medio ambiente con la fijación del nitrógeno atmosférico, en medicina
para creación de nuevos antibióticos, entre otras cosas.
Porcentaje de la biodiversidad en la Tierra
Sabes pues que la ecología microbiana va a estudiar las interacciones de los
microorganismos con su entorno, los estudios han tomado su auge después de la mitad
del siglo pasado (XX), pero desde el origen de la vida en la Tierra hace 3,600 millones de
años en el Eón Arcaico, antes de la Era Paleozoica cuando aparecieron los primeros
organismos procariotas; estas relaciones comenzaron a llevarse a cabo, pero no fue sino
hasta que apareció el género Homo sapiens (humano) no se podía explicar
científicamente en ese entonces como es que se llevaban a cabo dichas relaciones con
los organismos y el medio ambiente.
Como se observa en la figura siguiente en el Eón Arcaico fue donde empezó la vida, con
los primeros microorganismos procariotas que eran bacterias termófilas puesto que había
grandes erupciones volcánicas que dieron origen a la formación de los continentes.
Microbiología y taxonomía microbiana
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Eras geológicas
Editar de la
web
http://histori
ageologicad
emexico.blo
gspot.com/2
011/04/eras
-
geologicas.
html
El planeta Tierra en sus inicios no era como lo conocemos actualmente con 5 continentes
(África, América, Asia, Europa, Oceanía) rodeados de grandes masas de agua (mares);
sino que era solo una gran masa de tierra llamada Pangea, la cual se estableció durante
la Era Paleozoica y con el paso de los años evoluciono hasta lo que hoy conocemos. Así
como se fueron formando los continentes fue apareciendo la vida.
Cuesta trabajo entender el pasado evolutivo de la vida en la Tierra, ya que se requiere
entender su naturaleza propia, los procesos que se han llevado a cabo y como es que
evolucionaron dentro del ambiente utilizando tanto los componentes bióticos como
abióticos.
4.1.1.Nicho ecológico desde el punto de vista bacteriano
La incógnita que se plantean los microbiólogos respecto a las relaciones que existen entre
las bacterias y su medio ambiente, es tratar de explicar por qué los microorganismos se
encuentran en sitios específicos, con ciertos rasgos que los distinguen y en un cierto
espacio temporal; por lo cual su tarea fundamental es la de evaluar la diversidad,
abundancia y distribución de los microorganismos dentro de ambientes como los
ecosistemas, comunidades, poblaciones y de manera individual para poder entender el
papel fundamental que desempeñan en la biosfera.
Microbiología y taxonomía microbiana
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Diversidad de microorganismos
Editar de la web
http://www.encuentos.com/educacion-
ambiental-2/dia-internacional-de-la-
diversidad-biologica-22-de-mayo/
Un nicho ecológico es básicamente un hábitat de uno o varios microorganismos en el
que influyen los factores bióticos y abióticos. Estas relaciones que se forman pueden ser
de manera positiva como la simbiosis que se define como la relación que existe entre dos
o más microorganismos que comparten un ecosistema determinado, presenta variantes
como:
Parasitismo: una forma de simbiosis en la que un miembro (microorganismo) de la
relación resulta perjudicado, ya que es un organismo que obtiene sus nutrientes de
otro organismo, que se denomina hospedador. Algunos patógenos que causan
enfermedades presentan este tipo de relación, entre ellas tenemos a la bacteria E.
coli que causa infecciones intestinales si sobre pasa la forma normal de la flora
bacteriana, la Chlamydia trachomatis que causa clamidiosis (provoca secreción y
escozor al orinar, genera esterilidad en el varón), Neisseria gonorrhoeae bacteria que
causa la gonorrea, la causante de la sífilis Treponema pallidum.
Microbiología y taxonomía microbiana
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Bacteria Chlamydia trachomatisizq. y cocos de Neisseria gonorrhoeae der.
Editar de
la web
http://ww
w.urolog
osdemex
ico.com/t
ransmisi
on_sexu
al.html y
Mutualismo: relación simbiótica en la que ambas especies resultan beneficiadas,
como las que están asociadas a la flora bacteriana del tracto digestivo y convierten
las proteínas que consumimos al ingerir leche en ácido láctico Lactobacillu ssp, otra
relación es la que existe entre las bacterias fijadoras de nitrógeno (géneros
Azotobacter, Nitrobacteres una bacteria gram negativa, Rhizobiumes de tipo gram
negativa bacteria que origina los nódulos)y las leguminosas presentan nódulos donde
se alojan dichas bacterias, existen otras bacterias en los tanques donde se almacena
el petróleo crudo y la gasolina se acumula humedad la cual hace posible un hábitat
ideal para ellas que van a oxidar los hidrocarburos en condiciones anóxicas ya que
consumen sulfuro (H2S) que es muy corrosivo y puede agujerar los tanques con el
constante goteo de agua y acidificación del combustible.
Lactobacillus sakeizq. yRhizobium bacteria fijadora de nitrógeno der.
http://archive.microbelibrary.org/ASMOnly/Details.asp?ID=1471 y
http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_24.asp?cuaderno=
24
Microbiología y taxonomía microbiana
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Comensalismo: relación simbiótica donde una especie resulta beneficiada, mientras
que la otra no sale ni beneficiada ni perjudicada. Son ejemplo las bacterias que
habitan en el intestino animal, se desarrollan debido al consumo de los nutrientes que
se librean después del metabolismo del animal, ejemplos típicos son Nitrosomonas
(bacteria que se alimenta de compuestos inorgánicos, son autótrofas necesitan de
oxígeno para vivir y de amoniaco como fuente de energía)yBacillus sp que se asocia
con los hongos micorrízicos para obtener compuestos orgánicos que son secretados
por las raíces de las plantas.
Bacteria Nitrosomona sp izq y Colonias de Bacilluscereus der.
http://www.teamaquafix.com/ammoniainwastewater.aspx y
http://www.health-healths.com/wp-content/uploads/2011/07/Background2.jpg
4.1.2.Concepto de especie
El término de especie de manera microbiológico es muy ambiguo, porque no existe un
concepto aceptado universalmente para los organismos procariotas; pero puede definirse
como la colección de cepas que comparten un gran número de características
importantes, pero difieren en una o más propiedades significativas de otras colecciones
de cepas.
La especie es considerada como la unidad fundamental de la diversidad biológica,
tomando en cuenta datos fenotípicos, genotípicos y de filogenia. Las cepas (conjunto de
microorganismos) presentan para clasificarlas en única especie, una hibridación de su
ADN-ADNde un 70 %, y parecerse a la secuencia del gen 16S rARN en un 97 %.
Basándose en estos criterio se han reconocido 7,00 especies de bacterias y arqueas.
La siguiente tabla muestra un ejemplo de cómo es que se llega a definir al
microorganismo fototrófico Allochromatium warmingii tomando en cuenta los rasgos
relevantes para su clasificación jerárquica (Madigan et al; 2009).
El género Allochromatium normalmente se localiza en lugares anóxicos iluminados de
lagos, manantiales sulfurosos y otros hábitats acuáticos donde se acumula sulfuro de
hidrógeno (H2S) el cual reduce el bióxido de carbono (CO2); la forma que presentan son
ovaladas o como bacilos con flagelos y el azufre esta contenido dentro de las células.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Bacterias rojas del azufre
Editar de
Madigan et al;
2009
Taxonomía Nombre Propiedades Método de confirmación
Dominio Bacteria Células bacterianas;
secuencias de RNA
ribosómico típicas de
bacterias
Microscopía; análisis de
la secuencia de RNA
ribosómico 16S;
presencia de
biomarcadores únicos,
por ejemplo el
peptidoglicano
Filum Proteobacteria Secuencias de RNA
ribosómico típicas de
Proteobacterias
Análisis de la secuencia
del RNA ribosómico 16S
Clase Gammaproteobacteria Bacterias gram
negativas; secuencias de
ARN ribosómico típicas
de Gammaproteobacteria
Tinción de Gram,
microscopia
Orden Chromatiales Bacterias fotótrofas
purpura
Pigmentos
característicos
bacterioclorofila a
Género Allochromatium Bacterias púrpura del
azufre con forma de
bastón
Microscopia
Especie Warmingii Células de 3,5-4,0 µm X
5-11 µm; almacenan
azufre principalmente en
los polos de la célula
Medida de las células en
el microscopio usando
un micrómetro;
determinando la posición
de los glóbulos de S0
dentro de la célula
Microbiología y taxonomía microbiana
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Fotografía al microscopio óptico de células de la bacteria purpura
del azufre Allochromatium warmingii
Editar de Madigan
et al; 2009
El pigmento característico de las plantas superiores encargada de realizar la fotosíntesis
en organismos fotótrofos oxigénicos es la molécula de clorofila a, a diferencia de las
bacterias que presentan bacterioclorofila en organismos fotótrofos anoxigénicos.
Moléculas de clorofila izq. y bacterioclorofila der.
Editar de Madigan et al;
2009
Para entender mejor el concepto de especie piensa en tu persona, tú eres muy diferente
a los demás ni siquiera te pareces a tus hermanos e inclusive aquellos que son gemelos
tienen algún rasgo que los diferencia, entonces estarás de acuerdo que la especie es en
esencia especial y única.
4.1.3. Concepto de población
En microbiología la población se refiere al grupo de células microbianas de una misma
especie (colonia o cepa) que conviven al mismo tiempo en un lugar específico. Las
Microbiología y taxonomía microbiana
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poblaciones presentan características diferentes a las que tienen los individuos que las
componen. Comparten caracteres genéticos iguales. Las colonias son la forma en la que
se representa el crecimiento en un medio de cultivo de poblaciones que se han originado
a partir de una célula que es macroscópicamente visible. Al conjunto de poblaciones
bacterianas también se le denomina gremios.
Por ejemplo las personas que forman parte de tu familia son un grupo de individuos que
comparten características genéticas que viven en cierto lugar, las cuales son muy
diferentes con las otras familias que son sus vecinos y por lo tanto el conjunto total de
diferentes familias forma entonces una población.
4.1.4. Concepto de comunidad
En un hábitat microbiano raramente las poblaciones de células viven aisladas, las cuales
se van a relacionar con otras poblaciones en conjuntos que se denominan comunidad.
Las comunidades están compuestas por todas las poblaciones de todas las especies
diferentes que conviven juntas en un lugar determinado y por consiguiente tienen
caracteres genotípicos distintos. Hablemos pues de ti que como individuo que perteneces
a una familia, el conjunto de familias forma poblaciones y varias poblaciones van a formar
una comunidad.
4.1.5. Concepto de ecosistema
Dentro de una comunidad microbiana la diversidad y abundancia de microorganismos
está controlada por los recursos (nutrimentos) y por las condiciones que presentan como
temperatura, pH, concentración de oxígeno que existe en el medio. Las características
que presentan los hábitats es muy diferente y pueden existir factores que favorezcan el
crecimiento de un microorganismo en específico, pero que a su vez es dañino para otro.
Básicamente el ecosistema incluye a los organismos vivos y las condiciones físicas y
químicas de su entorno.
Tales comunidades microbianas van a interaccionar con macroorganismos y factores
abióticos en donde el funcionamiento constituye el ecosistema.
Continuemos hablando de ti que como individuo perteneces a una familia, el conjunto de
familias forma poblaciones, varias poblaciones forman una comunidad y todas las
comunidades forman el ecosistema.
Estamos partiendo pues de lo particular a lo general de manera macroscópica porque
tenemos entonces al organismo (especie única), varios organismos de la misma especie
forman poblaciones, muchas poblaciones forman comunidades y todas las comunidades
van a comprender el ecosistema. Si hablásemos de manera microscópica de lo particular
a la general a un organismo (especie) lo componen partículas, las cuales forman átomos,
Microbiología y taxonomía microbiana
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estos constituyen moléculas que forman organelos, varios organelos constituyen la célula,
varias células forma tejidos, el conjunto de tejidos forma órganos y la unión de varios
órganos sistemas que van a constituir a un individuo como tal.
Editar del
Solomon
et al;
2008
Microbiología y taxonomía microbiana
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Organización jerárquica de la vida
Como se esquematiza en la figura de arriba el nivel de organización de la vida es como si
estuviéramos hablando de la taxonomía de un organismo que de lo simple va a constituir
algo más complejo.
Existen tanto ecosistemas terrestres como acuáticos, y estos a su vez se subdividen en
naturales y artificiales. Los naturales son aquellos que se crean sin que el hombre
intervenga por ejemplo los bosques, selvas, desiertos, tundra, praderas, mares y océanos;
y los artificiales son aquellos creados por la mano del hombre como los campos de
cultivo, jardines, zoológicos, acuarios, presas. En ambos casos se establecen condiciones
óptimas para la formación de micro-hábitats o micro-ambientes en donde los
microorganismos intervienen para regular procesos, llevara a cabo actividades
importantes para la vida diaria.
4.2. Sucesión ecológica en comunidades bacterianas
La sucesión de las colonias bacterianas viene marcada por el crecimiento de las colonias,
poblaciones o gremios. El proceso de desarrollo secuencial de una comunidad respecto al
tiempo implica la sustitución de especies de una etapa por diferentes especies en la etapa
siguiente es a lo que se denomina sucesión de especies bacterianas donde influye el
tiempo que puede ser desde segundos, minutos, horas hasta días; a diferencia de la
sucesión que presentan los ecosistemas acuáticos (mar, río, lago) o terrestres (selva,
bosque, desierto, pradera, tundra) en los que pueden pasar decenas, cientos o miles de
años para que se establezcan las comunidades.
Papel ecológico de los microorganismos
Editar del Prescott et al, 2000
Entre los ecosistemas microbianos destacan aquellos que se forman tanto en el suelo,
agua dulce como los lagos, charcos, ríos y corrientes, agua salada como los mares; así
como en los vegetales. Aunque también son importantes aquellos que se forman en el
Microbiología y taxonomía microbiana
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humano y otros animales. Estos ecosistemas pueden variar respecto a la estructura física,
la composición de nutrientes y la temperatura que conjuntamente van a influir en la
diversidad y abundancia de los microorganismos ahí presentes.
Suelo: comúnmente denominamos tierra a la capa sobre la que nos paramos, pero
ese término está mal dicho pues debe de llamarse suelo, se forma por la interacción
de la roca, topografía, el clima y los seres vivos. Los suelos pueden ser de tipo
mineral y orgánico del cual el mineral es que más abunda en ecosistemas terrestres,
el cual está formado de minerales inorgánicos, materia orgánica, aire-agua y
organismos vivos tanto microorganismos como macroorganismos.
En el suelo están presentes partículas (limo, arena y arcilla) en las cuales se van adherir
las bacterias formando microcolonias y estas se van asociar con la rizosfera y dichos
microorganismos se pueden analizar mediante microscopia de fluorescencia. La actividad
de los microorganismos en el suelo viene regulada por la cantidad de agua disponible y
los nutrientes presentes como el carbono, el fosforo y el nitrógeno que forman parte de las
moléculas de la vida.
Hábitat microbiano del suelo
Editar de Madigan et al; 2009
Agua dulce: en el agua existen microorganismos productores y consumidores de
oxígeno, los cuales llevan a cabo los procesos de fotosíntesis y respiración y son muy
importantes en la naturaleza de los ciclos del oxígeno y del carbono. Los
microorganismos que habitan en los lagos, ríos y agua encharcada están en forma
suspendida y se denominan fotótrofos oxigénicos, conformados por cianobacterias y
algas que reducen el CO2 a materia orgánica a partir de la luz solar. El oxígeno es
hidrosoluble en los hábitats acuáticos; se va degradando lentamente por los
Microbiología y taxonomía microbiana
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microorganismos que habitan en la superficie y al disminuir se convierte en un
ambiente anóxico, entrando a escena los microorganismos quimioorganótrofos
anaerobios y aquellos que fermentan y respiran anaeróbicamente.
Por ejemplo te habrás dado cuenta que en una pecera al contener mucha materia
orgánica (alimento para peces), se va a degradar lentamente propiciando así el
crecimiento de microorganismos que encuentran las condiciones óptimas y van a tapizar
las paredes de la pecera haciéndola que se torne de color verdosa, esto también ocurre
en los ríos y lagos limpios y cristalinos, que reciben descargas de agua y desechos
después de un tiempo las características son diferentes y presentan olor desagradable.
La bacteria Vibrio cholerae habita en el agua
Editar de
http://todosloscaminos
haciati.blogspot.com/2
010/11/mundo-vibrio-
cholerae-javier-
flores.html y
http://fundacionio.org/i
mg/bacteriology/cont/v
ibrio_cholerae.html
Plantas:estos organismos van a presentar características variadas durante su ciclo de
vida que van a influir en la vida de los microorganismos, los vegetales son organismos
fotosintéticos que convierten el CO2a oxígeno. Los microorganismos que conviven en
estos micro-hábitats están muy expuestos a los materiales que la planta produce
(exudados, savia), así como a la radiación ultravioleta que les provoca alteraciones
genéticas.
Tenemos pues bacterias que van a estar en diferentes órganos de la planta como la raíz
(denominada rizosfera que es la región que rodea la raíz y el rizoplano que es la
superficie real de la raíz), se van a excretar azucares, aminoácidos, hormonas y
vitaminas; las bacterias y hongos forman microcolonias y se relacionan de manera
simbiótica con las bacterias para llevar a cabo la fijación del nitrógeno.
En la superficie de las hojas (filosfera) también se van a localizar bacterias encargadas de
la fijación del nitrógeno. Algunas bacterias proporcionan beneficios a la planta, pero
existen otras que van a resultar malignas como el caso de los patógenos (fitopatógenos)
que causan enfermedades a las plantas, entre los géneros más comunes están
Pseudomonas, Xanthomonas, Xylella y Erwinia. También existen bacterias que se alojan
en los tallos, semillas, flores y frutos de la planta.
Microbiología y taxonomía microbiana
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Una planta que crece en buenas condiciones no va a experimentar estrés a diferencia de
aquellas que experimentan periodos de sequias, temperaturas elevadas, la limitación de
nutrientes, la alimentación de insectos u otros factores que intervienen para aumentar su
estrés y provocarle susceptibilidad a infecciones bacterianas.
Bacterias en raíces de plantas para la fijación de nitrógeno
Editar de la web
http://biologia.laguia2000.c
om/monera/relaciones-de-
los-microorganismos-con-
otros-seres-vivos-
simbiosis-y-de-
comensalismo
Agua salada:a diferencia del agua dulce, los mares (océanos) presentan
características diferentes que varían como la salinidad, temperatura media,
profundidad y el estado nutricional. Se pueden encontrar dos tipos de
microorganismos aquellos que se encuentran en la superficie del mar abierto y los de
las grandes profundidades marinas.
Al igual que en el agua dulce, las zonas costeras están en contacto con descargas de
desechos y por lo tanto van a presentar grandes cantidades de nutrientes que son
óptimos para el crecimiento de microorganismos fotótrofos, y estos a su vez son de gran
importancia en las cadenas tróficas para las bacterias heterótrofas y animales acuáticos
(peces y crustáceos). Prochlorococcus es un organismo fotótrofo oxigénico abunda en los
mares tropicales y subtropicales.
En los océanos tropicales y subtropicales abundan las cianobacterias fotótroficas
Trichodesmiumcuyas células fijan nitrógeno y se observan en forma de penachos
filamentosos y constituyen la biomasa de los océanos como se observa en la figura
siguiente el mar se torna verdoso por la presencia de esta bacteria
Trichodesmiumbacteria que habita en los mares y fija nitrógeno
http://archiv.ethlife.ethz.
ch/images/trichodesmiu
m-l.jpg y
http://www.coas.oregon
state.edu/index.cfm?fus
eaction=content.display
&pageID=589
El humano y los animales: en este tipo de micro-hábitats las bacterias encuentran
Microbiología y taxonomía microbiana
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condiciones óptimas para desarrollarse, la forma de expresar la sintomatología en el
humano como en los animales en algunos casos es muy similar. En la mayoría de los
casos para evitar contraer alguna enfermedad bacteriana se recomienda vacunarse
para prevenir, pero cuando la enfermedad ataca lo que se debe realizar es aplicar
antibióticos para contrarrestar la enfermedad.
La tabla que a continuación se presenta, enuncia algunas bacterias importantes que
atacan tanto a humanos como a los animales (Brooks et al; 2011):
Algunas de las enfermedades bacterianas que se pueden prevenir mediante la aplicación
de vacunas son: difteria, tétanos, tos ferina, neumonía, meningitis, otitis, septicemia,
osteomielitis, faringitis, celulitis, epiglotitis, infecciones de la piel, oído, urinarias, entre
otras.
Nombre de la bacteria Enfermedad que causa
Bacillus anthracis Carbunco o ántrax
Bordetella pertussis Tos ferina
Brucella spp Brucelosis
Chlamydia trachomatis Conjuntivitis
Clostridium perfringens Gangrena gaseosa
Clostridium tetani Tétanos
Clostridium botulinum Botulismo
Corynebacterium diphtheriae Difteria
Coxiella burnetii Fiebre Q
Escherichia coli Diarrea
Legionella pneumophila Enfermedad del Legionario
Listeria monocytogenes Encefalitis
Mycobacterium tuberculosis Tuberculosis
Mycobacterium leprae Lepra
Neisseria gonorrhoeae Gonorrea
Neisseria meningitidis Meningitis
Salmonella sp Salmonelosis
Salmonella typhi, S. paratyphi Fiebre tifoidea
Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus,
Klebsiella pneumoniae, Mycoplasma spp, Chlamydia spp.
Neumonía
Streptococcus spp Erisipela
Streptococcus pyogenes Escarlatina
Treponema pallidum Sífilis
Vibrio cholerae Cólera
Yersiniaenterocolitica Gastroenteritis
Yersinia pestis Peste
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4.2.1. Fases
En ecología la sucesión implica la transformación de un ecosistema desde su origen hasta
su establecimiento, la cual no se podría llevar sino es mediante una serie de fases
intermedias. La sucesión entonces se suele describircomo los cambios en la composición
de especies en un cierto tiempo. Se entiende por ejemplo cómo es que un campo con el
paso del tiempo se convierte en un hermoso bosque.
Existen dos tipos de sucesión:
Primaria que se va a establecer en una zona que no presenta algún tipo de comunidad
por ejemplo la que ocurre en las dunas, las nuevas islas (coralinas, deltas), es una zona
virgen por ejemplo es lo que sucedió cuando aparecieron las primeras especies en el
planeta Tierra a las cuales se les denomina pioneras o colonizadoras por ser las primeras
en establecerse.
Sucesión ecológica primaria establecimiento de un bosque
http://galeria
s.educ.ar/m
ain.php?g2_
view=keyalb
um.Keywor
dAlbum&g2
_keyword=e
squema&g2
_itemId=952
8
Secundaria que es aquella que se establece sobre una zona donde anteriormente ya
había vida, es lo que ocurre después de un incendio, inundación, derrumbe, deslave,
plagas, enfermedades, tala de bosques, establecimiento de cultivos, lo que lleva a la
perdida de la mayoría de las especies que habitaban anteriormente.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Sucesión ecológica secundaria después de un incendio
http://cbta85salvemoselplanet
a.blogspot.com/2009/06/suce
sion-ecologica.html
Sabes pues como se lleva a cabo la sucesión de manera macroscópica en los
ecosistemas, pero en el micro-hábitat de las bacterias como se lleva a cabo este proceso.
a. Primero debe de establecerse la colonización de una bacteria en un lugar
adecuado del ambiente (agua, suelo, plantas, animales y el humano).
b. Después se lleva a cabo el crecimiento de la o las bacterias como se sabe este
presenta varias etapas o de adaptación o lag, exponencial, estacionaria y de
declinación o muerte, van a formar micro-colonias individuales que se van a unir
unas con otras formando una red en donde el poder activo ya sea benéfico o
patógeno de la bacteria aún no tiene la capacidad para desarrollarse totalmente y
c. Finalmente la sucesión bacteriana que se caracteriza por un aumento en la
complejidad de la composición microbiana la cual va a tomar mayor fuerza
respecto a su poder patógeno o en beneficio en algún proceso.
En una infección estomacal causada por la ingesta de alimentos contaminados con la
bacteria E. colia pesar de que forma parte de la flora normal del cuerpo humano, al
consumir alimentos mal cocidos, leche y jugos sin pasteurizar se desencadena la
colonización de la bacteria en el intestino y causa la diarrea. No se percata uno de la
enfermedad hasta que se presentasintomatología característica y por consiguiente se
tiene que suministrar un antibiótico para evitar la proliferación bacteriana y acabar con su
población; esto dura aprox. de 5 a 10 días.
Otro ejemplo muy común es la placa que se forma sobre los dientes llamada placa dental,
consta de una masa de bacterias pudiéndose encontrar en 1mm de área que pesa 1 mg
unos 250 millones de bacterias y en la cavidad bucal existen unas 350 Clases más de
bacterias que pueden contribuir a la formación de la placa; por eso es recomendable
lavarse los dientes después de cada alimento para evitar tener un exceso de material
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
nutritivo que es ideal para el crecimiento de bacterias. Si no se llevase la limpieza dental y
bucal adecuadamente puede contraerse inflamación de encías, periodontitis, caries. Por
eso, si quieres tener una gran sonrisa lávate los dientes tres veces al día, o quieres verte
como la imagen de abajo.
Importancia de la limpieza dental
http://www.tenersalud.com/2010/07/30/la-placa-dental/
http://revista-tareaweb.blogspot.com/
http://ligasensalud.blogspot.com/2010/09/calculo-dental.html
Actividad 1. Mi vecino me vigila
En esta actividad comprenderás y analizarás como la ecología estudia a los
microorganismos en forma de conjuntos e individualmente.
Destaca ejemplos cuando las bacterias estén en grupos haciendo énfasis en cómo se les
denomina a cada conjunto.
Explica cómo es más fácil estudiar a las bacterias de forma grupal o individual y porque.
Realiza lo siguiente:
1. En un documento de Power Point elabora una presentación de 10 diapositivas máximo
siguiendo las indicaciones anteriores. Eres libre de profundizar tanto como deseas.
2. Apoya con imágenes el trabajo de información que realizaste.
3.- Sé cuidadoso con la ortografía
4.- Guarda tu documento con la nomenclaturaMTM_U4_A1_XXYZ y envíalo a tu
facilitador (a) mediante la sección de tareas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, el facilitador puede detectar esta situación sin dificultad, tu formación exige
que desde esta etapa todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, para que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu facilitador (a) puede detectar esta situación sin dificultad; tu
formación exige que todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
4.2.2. Competencia y evolución
En la vida cotidiana entre el hombre siempre ha existido competencia ya sea por trabajo,
dinero, quien viste mejor, quien trae el mejor auto, el o la mejor pareja y con los animales
y plantas es casi parecido ya que existe competencia por luz, nutrientes, para aparearse,
quien es el que domina más. Entonces te imaginaras cómo será la competencia entre los
microorganismos, ellos han tenido que desarrollar estrategias de adaptación que les
permiten mejorar las oportunidades de sobrevivencia y su reproducción, así como sus
características genéticas han ido cambiando de generación en generación, lo que les ha
permitido presentar diferencias entre las poblaciones de bacterias y de esta manera poder
explicar su origen y antepasado.
Entonces, al ser organismos microscópicos tienen que desarrollar estrategias que les
permitan prevalecer en el medio ambiente. Hay bacterias que compiten por un mismo
sustrato, cantidad de luz, temperatura, humedad, pH, nutrientes (alimento), oxigeno,
nitrógeno, azufre. Otros factores que influyen para que un microorganismos prevalezca es
la dominancia que presenta respecto a otras especies, que tan longevo es (viejo), las
interacciones que presenta con el medio que le rodea, entre más adaptado este más
ventajas tendrá para seguir con vida.
Competencia entre bacterias
http://graficas
.explora.cl/otr
os/Xsemana/
yogur.html
http://vancom
icinaala.blogs
pot.com/
Por ejemplo la bacteria Vibrio cholerae compite con Escherichia coli, ambas son bacilos
gram negativos E. coli forman parte de la flora normal y habita en el intestino del ser
humano y de los animales, mientras que V. choleraese encuentra en aguas marinas y
superficiales.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
E. colies una bacteria aerobia o anaerobia facultativa, puede ser móvil por tener flagelos
peritricos o no ser móvil, fermenta glucosa en lugar de oxidarla, produce un gas, catalasa
positiva, oxidasa negativa, reduce nitrato a nitritos, positiva en indol, lisina descarboxilasa
y fermentación de manitol. Produce diarrea frecuentemente en el mundo, por la ingesta de
alimentos contaminados.
Vibrio cholerae es una bacteria aerobia, presenta un flagelo polar, son oxidasa positiva,
crecen a pH 8.5 a 9.5, fermenta sacarosa y manosa, produce la enterotoxina termolábil
que causa el cólera, una diarrea liquida abundante que rápidamente puede desencadenar
deshidratación y la muerte del paciente al ingerir agua contaminada. De la misma especie
se derivan los siguientes serogrupos que se mencionan a continuación:
Vibrio cholerae serogrupos O1 y O139: causa cólera epidémico y pandémico.
Vibrio cholerae serogrupos no O1 y no O139: causa diarrea coleriforme, diarrea leve y
raras veces infecciones extraintestinales.
Por lo tanto en el intestino donde al ingerir por descuido alimentos y agua contaminados
con bacterias Vibrio cholerae y Escherichia coli provoca una competencia de ambas por
sustrato (intestino), nutrientes, luz, humedad, temperatura; y lleva consiguientemente a
desencadenar una lucha campal entre dichas bacterias, pero oh! sorpresa la que resiste
mejor y como quien dice resulta vencedora es Vibrio choleraesobre E. coli.
Se observa aVibrio choleraecombatiendo contraE. coli
http://microgaia.blogspot.co
m/2010/12/vibrio-cholerae-
el-rambo-de-las.html
El que existan por ejemplo diferentes serogrupos de V. cholerae significa que se ha ido
adaptando lentamente a los diferentes factores que la interfieren en su crecimiento desde
que se originó, estos procesos han sido clave para determinar su historia de vida (como
han ido evolucionando paulatinamente) y se han reforzado para responder a sus
necesidades.
Microbiología y taxonomía microbiana
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4.2.3. Comunidad clímax
El conjunto de poblaciones conforma pues una comunidad, la cual alcanza su equilibrio
(clímax) al finalizar el proceso de sucesión bacteriana. También se considera límite de
madurez de un ecosistema donde no hay escases de nutrientes, temperatura, humedad,
pH, es decir se concentran las condiciones óptimas para que el crecimiento se desarrolle
adecuadamente.
En un ecosistema terrestre por ejemplo conforme la biomasa aumenta, la respiración por
igual y llega un momento en el que se equilibran (igualan) la respiración y la producción
ocasionando que se detenga la sucesión; pero difícilmente se llega al clímax ya que
intervienen procesos de retroceso que frenan el equilibrio ecológico como los incendios,
un huracán, derrumbe, deslave, los cambios climáticos, las inundaciones, sequias, las
glaciaciones, la formación o aparición de nuevos volcanes y la deriva de las placas
tectónicas.
4.3.Biofilms
Las superficies son hábitats microbianos importantes por dos razones:
1.- los nutrientes se adsorben a las superficies por lo que a menudo contienen más
recursos que los que están disponibles para las células del plancton (células que llevan
una existencia flotante).
2.- Las superficies son zonas a las que se adhieren las células microbianas. La adhesión
es una manera de permanecer en un hábitat favorable y no ser arrastradas por el agua.
Por lo tanto, en las superficies se suele detectar un número elevado de microorganismos
y mucha actividad (Madigan et al., 2009).
Las diferencias en los niveles de nutrientes se acentúan a medida que se pasa de la
columna de agua a las superficies donde los nutrientes y microorganismos tienden a
acumularse. A medida que disminuyen los niveles de nutrientes, aumenta la ventaja de
estar asociado a superficies. La importancia de las superficies para la colonización
microbiana fue descubierta por muchos microbiólogos del pasado, entre ellos N. L.
Söhngen (principios de 1900). Y C. E. Zobell (1940-1950). Zobell estableció el papel de la
adhesión macromolecular dependiendo de la concentración de los nutrientes, y observó
también que la adhesión bacteriana es un proceso de dos pasos, que comprenden la
adhesión reversible e irreversible (Prescott et al., 2000).
A medida que las células bacterianas que crecen sobre superficies, tienden a formar
biopelículas: agrupamiento de células bacterianas adheridas a una superficie y
encerradas en una matriz adhesiva excretada por las células. La matriz consiste en una
mezcla de polisacáridos, pero pueden contener proteínas e incluso ácidos nucleicos. Las
Microbiología y taxonomía microbiana
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biopelículas atrapan nutrientes para el crecimiento microbiano y ayudan a evitar que se
desprendan las células superficiales expuestas a corrientes de líquidos (Madigan et al.,
2009).
Las biopelículas contienen regularmente varias capas porosas y las células de cada capa
se pueden se pueden examinar mediante microscopia láser confocal de barrido.
Dentro de estas biopelículas podemos encontrar desde una o dos especies hasta incluso
una gran diversidad de bacterias. Un ejemplo de esta lo podemos ver en la superficie de
los dientes donde podemos encontrar cientos de filotipos diferentes. Con esto podemos
decir que las biopelículas son comunidades microbianas funcionales y que no solo se
encargar de atrapar nutrientes en una matriz adhesiva.
Ejemplos de Biofilms
Madigan et
al., 2009
Ejemplos de
biopelículas
microbianas.
En la figura de arriba se describe:
a. Sección transversal de una biopelícula experimental de células de Pseudomonas
aeruginosa. La capa amarilla (de unos 15 µm de profundidad) contiene células y se
tiñe mediante una reacción que revela la actividad de la fosfatasa alcalina.
b. Microscopía láser confocal de barrido de una biopelícula natural (vista superior) en
una superficie de una hoja. El color de las células indica su profundidad en la
biopelícula: rojo para las células sobre la superficie; verde, a 9 µm de profundidad;
azul, a 18 µm de profundidad.
c. Una biopelícula de procariotas oxidadores de hierro adheridas a rocas ricas en hierro
de Río Tinto (España). Cuando el agua rica en Fe2+ pasa sobre y a través de la
biopelícula, los microorganismos oxidadores de hierro lo oxidan.
4.3.1. Propiedades
Como sabemos para poder identificar algo es necesario reconocer las características o
propiedades que este presenta y las biopelículas no son la excepción por lo que a
continuación se mencionarán y describirán las características físicas y químicas de estas,
dentro de las Propiedades Físicasdestacan:
* Color y consistencia
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
* Biomasa
* Densidad
* Concentración de oxígeno disuelto
* Erosión
* Espesor
Al utilizar como ejemplo un aparato de biodiscos utilizado en el tratamiento de efluentes
domésticos en sus etapas iniciales el color de la biopelícula es generalmente gris o gris
amarronado y filamentoso, mientrasque en etapas posteriores es amarronado o rojizo
amarronado, gelatinoso y menos filamentoso.
Cuando la biomasa presenta un color grisindica la biomasa que preferentemente va a
remover materia orgánicacarbonosa (con altas cantidades de carbono que los
microorganismos utilizan para su alimentación), mientras que la que presenta una
coloración amarronada rojiza es característica de la predominancia demicroorganismos
nitrificantes (son los microorganismos que se encargan de oxidar el amonio).
La concentración de oxígeno disuelto en el afluente (lo que concurre en abundancia) tiene
una influencia directa en la densidadde la biopelícula al igual que la fracciones de exo-
polímeros (polisacáridos), de materia orgánica, de protozoos, degusanos e insectos.
La erosión se define como el proceso de remoción de partículas dentro o fuera de la
biopelícula, en el biodisco quees altamente dependiente de las condiciones dinámicas del
sistema da origen al biosólido sedimentado (remoción masiva de porciones de biopelícula
que caen por gravedaddebido a la fuerza de corte).
El espesor se puede medir esto es: el tamaño de los flóculos o el espesor de la película
en estosprocesos se miden en milímetros, mientras que los microorganismos individuales
se miden enmicrones.Cuando el espesor de la biopelícula se incrementa, el oxígeno
disuelto no es capaz de difundirsehasta el fondo del mismo, por lo tanto los
microorganismos de la capa inferior, unidas al soporte, podrían cambiar
alternativamenteadaptándose a las nuevas condiciones ambientales (anaerobiosis, sin
oxígeno). Por lo que el espesor de la biopelícula es inversamente proporcional a la
velocidad de flujo del líquido, lo que va a disminuir exponencialmente con los aumentos
de la velocidad de rotación de los discos.
Como todo tiene un principio y un final las biopelículas no son la excepción por lo que el
crecimiento de la biopelícula continua hasta que llega un momento en que no reciben más
oxígeno las capas profundas lo que va a producir el desprendimiento de la capa
bacteriana. Este desprendimiento, se ve influenciado por diferentes factores como: la
velocidad de giro de losdiscos y el diámetro de los mismos, entre otros. Después de dicho
acontecimiento comenzará la formación deuna nueva película, y así indefinidamente.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Ahora bien una vez descritas las propiedades físicas ahora describiremos las propiedades
químicas dentro de estas destacan las siguientes:
La biopelícula es generalmente viscosa e hidrofílica (a fin al agua) debido a lapresencia
de componentes poliméricos extracelulares que están constituidos por polisacáridos con
residuos hidrofílicos y otros polímeros intracelulares. Por lo quela adsorción bacteriana al
soporte ocurre de la siguiente manera: Al inicio la célula bacteriana se mantiene unida a
la superficie gracias a enlaces débilesintermoleculares, que resultan de las fuerzas entre
la célula y el soporte, incluyendo: fuerzas deLondon – Van der Waals, interacciones
electrostáticas, interacciones estéricas y puentes poliméricos.
4.3.2. Desarrollo
La formación de las biopelículas comienza con la adhesión de una célula a una superficie
es como una señal que desencadena la expresión de los genes específicos para la
biopelícula. Los genes van a codificar proteínas que sintetizan las moléculas de
señalización intercelulares e inician la formación de la matriz. Esto es el comienzo de una
formación de la película por lo que la primer célula pierde su flagelo y se inmoviliza,
aunque se desconoce el mecanismo, pero de alguna forma por decirlo así las bacterias
―sienten‖ una superficie adecuada y realizan lo necesario para comenzar el crecimiento de
la biopelícula.
Formación de biopelículas.
Madigan et al.,
2009
La formación de biopelículas comienza con la adhesión de unas pocas células que luego
crecen y se comunican con otras células. Se forma la matriz y se extiende a medida que
crece la biopelícula, como se esquematiza en la imagen de arriba
Se está investigando activamente cómo se percibe la superficie, pero el cambio real del
crecimiento de biopelícula lo desencadena la síntesis de guanosina-monofosfato dimérica
cíclico (c-di-GMP), un derivado del nucleótido guanosina-trisfofato. El c-di-GMP lo
sintetizan una serie de proteínas relacionadas con las proteínas perceptoras de
membrana que, de algún modo, detectan la posibilidad de crecer adheridas a la
superficie. Se piensa que el c-di-GMP funciona desencadenando la expresión de los
genes específicos de la biopelícula y activando las enzimas celulares que sintetizan el
material de la matriz (Madigan et al., 2009).
Microbiología y taxonomía microbiana
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La comunicación intercelular es decisiva para el desarrollo y mantenimiento de una
biopelícula. En Pseudomonas aeruginosa, un notable formador de biopelículas, las
moléculas señalizadoras intercelulares principales son compuestos llamados de
homoserina-lactonas acidas. A medida que se van acumulando, transmiten a otras células
de P. aeruginosa adyacentes (un mecanismo llamado percepción quórum) que la
población de esta especie está aumentando y entonces se desarrolla la biopelícula. Con
el tiempo, se forman grandes ―hongos‖ de P. aeruginosa que miden unos 100 µm de alto y
que contienen miles de millones de células atrapadas en una matriz de polisacáridos
pegajosa (op cit.).
Madigan et al., 2009
En la figura de la izquierda se puede observar ―botones‖ pequeñas células de P.
aeruginosa adheridos a una superficie en las primeras etapas de la formación de la
biopelícula. En la figura de al lado un ―hongo‖ de biopelículas maduro. El hongo más
grande mide unos 120 µm de altura.
Pueden aparecer biopelículas de P. aeruginosa en la fibrosis quística. Esta enfermedad
genética está relacionada a menudo con la formación de una biopelícula tenaz de P.
aeruginosa en los pulmones, que produce síntomas de neumonía. Además de la
señalización intra-especie, en las biopelículas probablemente también se produzca la
señalización inter-especies para coordinar las etapas necesarias para formar y mantener
la estructura (op cit.).
La mayor parte del tracto digestivo humano está colonizado por grupos específicos de
microorganismos que dan lugar a biofilms naturales. Estos biofilms naturales protegen
frente a especies patógenas (Prescottet al., 2000).
La inserción de dispositivos protésicos (procedimiento médico utilizados para diagnósticos
tales como: neuropatía hereditaria motora y sensorial 1-3, Síndrome de Mobius y atrofia
hemifacial) en el cuerpo humano a menudo lleva a la formación de biofilms sobre la
superficie del dispositivo.
Fundamentalmente, los gérmenes implicados son Staphylococcus epidermis, otros
estafilococos coagulasa negativos y bacterias gramnegativas. Estos habitantes de la piel
poseen la capacidad de adherirse tenazmente a las superficies de los dispositivos
Microbiología y taxonomía microbiana
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protésicos inanimados. En el interior de los biofilms, las bacterias están protegidas de los
mecanismos normales de defensa del cuerpo y también de los antibióticos; por lo tanto, el
biofilm es una fuente de infección de otras partes del cuerpo cuando las bacterias se
desprenden por la descamación del biofilm. Algunos ejemplos de la importancia médica
de los biofilms son:
Las muertes que siguen a las infecciones masivas de pacientes receptores de
corazones artificiales Jarvik 7.
Pacientes con fibrosis quística que albergan gran cantidad de P. aeruginosa
productoras de grandes cantidades de polímeros de alginato, que inhiben la difusión
de antibióticos.
Los dientes, donde los biofilms forman la placa dental que lleva a la caries.
Los lentes de contacto, donde las bacterias pueden provocar intensa irritación,
inflamación e infección ocular.
Los sistemas de aire acondicionado y otros sistemas de retención de agua, donde
bacterias como especies de Legionella( bacteria gramnegativa con forma de bacilo
que vive en aguas estancadas y que soporta un amplio rango de temperatura) pueden
quedar protegidas por los biofilms de los efectos de la cloración.
4.3.3. Dispersión
Durante su fase de dispersión las biopelículas liberan constantemente células
planctónicas, las cuales pueden causar infección porque están a merced de agentes
antibacterianos y del sistema inmunitario, el cual genera una respuesta inflamatoria que
produce un exudado altamente nutritivo, que se percola a través de la biopelícula y
proporciona nutrientes a la microbiota residente para abastecer las necesidades de ésta,
lo que ayuda a la seguridad, sustentabilidad y estabilidad de la comunidad microbiana; de
esta forma, el ―sacrificio‖ de pocas bacterias promueve la supervivencia de la comunidad
(Castrillón et al., 2011).
Actividad 2. En la oscuridad de la tubería.
En esta actividad podrás reforzar tus conocimientos sobre los biolfilms compartiendo y
discutiendo tus ideas sobre este tema en un foro titulado ―En la oscuridad de la tubería‖
en donde deberás discutir sobre el peligro de los casos de biofilm de Pseudomonas
aeruginosa en tuberías de los lavabos dentro de quirófanos y proponer soluciones al
respecto, considerando el comportamiento y etapas de los biofilms.
Para participar en el foro:
1. Dirígete al aula.
Microbiología y taxonomía microbiana
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2. Ingresa al foro con el nombre de esta actividad y realiza lo que en él se te
indica.
*Es recomendable que previo a tu ingreso al foro consultes la Rúbrica de
participación en foros que se encuentra en la pestaña Material de apoyo.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia
de contenidos, ya que el facilitador(a) puede detectar esta situación sin dificultad. Ten
presente que tu formación exige que desde esta etapa todo producto o tarea que
reportes sea de tu iniciativa y creatividad, con la intensión de que en lo sucesivo esta
actitud se proyecte directamente en tu práctica profesional.
4.3.4. Quorum-sensing
Las bacterias liberan señales químicas que difunden entre las bacterias cercanas.
Conforme aumenta la población de bacterias, aumenta la concentración de la señal
química. A través del proceso conocido como quórum sensing, las bacterias detectan
cuándo se alcanza una determinada concentración crítica de una molécula señal. La
bacteria responde activando un proceso biológico específico y forma una biopelícula.
Los biólogos han descubierto que la señalización defectuosa puede causar o contribuir al
desarrollo de diversas enfermedades, incluso el cáncer y la diabetes (Solomon et al.,
2008).
Actividad 3. La sucesión bacteriana
En esta actividad reforzaras lo aprendido acerca del quórum-sensing, para lo cual se te
pide elaborar una gráfica donde se ubique las fases de la sucesión microbiana y la
importancia del quórum-sensing.
1. Diseña una gráfica en formato Excel donde identifiques las fases de la sucesión
microbiana
2. En un apartado realiza la importancia del quórum-sensing dentro de la
biotecnología.
3. Apoya tu trabajo con imágenes y se cuidadoso con la ortografía.
4. Guarda tu documento con la nomenclatura MTM_U4_A3_XXYZ y envíalo a tu
Facilitador(a) mediante la Base de datos.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu Facilitador(a) puede detectar esta situación sin dificultad; tu
formación exige que todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
Microbiología y taxonomía microbiana
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directamente en tu práctica profesional.
4.4. Biorremediación
El potencial biogeoquímico de los microorganismos parece ilimitado y a menudo se ha
dicho que son los mejores químicos de la tierra. Y como tales se han utilizado para extraer
metales valiosos de menas con poco mineral (lixiviado microbiano) y como agentes para
adecentar el ambiente. El término biorremediación se refiere a la eliminación de aceites,
sustancias químicas tóxicas u otros contaminantes de un ambiente mediante
microorganismos. La biorremediación es una manera económica de limpiar los
contaminantes y, en algunos casos, es la única manera práctica de hacerlo (Madigan et
al., 2009).
4.4.1. Impacto
Para que la biorremediación se considere una tecnología aplicable para eliminar un
contaminante específico, es necesario demostrar que dicha sustancia o una mezcla
química que la contenga, es biodegradable y que el proceso de biorremediación no tendrá
efectos colaterales adversos sobre el ecosistema. Los productos finales de la
biorremediación eficaz, como el agua y el dióxido de carbono, son inocuos y su presencia
no presenta ningún peligro para el ambiente ni para los organismos vivos (Atlas y Bartha,
2006).
La biorremediación es barata en comparación con los métodos físicos para descontaminar
el medio ambiente, que pueden resultar extraordinariamente caros. Mientras que las
tecnologías convencionales exigen el traslado de grandes cantidades de desechos tóxicos
o suelo contaminado, una característica de la biorremediación es que puede efectuarse in
situ y solo requiere un equipamiento sencillo.
La biorremediación, empero, no es la solución para todos los problemas de contaminación
ambiental. Como otras tecnologías está limitada por las condiciones locales y por el
tiempo disponible para llevar a cabo el tratamiento, y la gama de materiales que puede
tratar es restringida. Tiene un gran potencial destructor de contaminantes, especialmente
en los casos de suelo contaminado por combustibles o creosota (biocida fabricado a base
del fraccionamiento de alquitranes para la protección de la madera).
4.4.2. Principales técnicas
La biodegradación de contaminantes en el ambiente es un proceso complejo cuyos
aspectos cuantitativos (los que se pueden contar, medir) y cualitativos (los que se
observan como el color, sabor entre otros) dependen de la naturaleza y cantidad del
Microbiología y taxonomía microbiana
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contaminante, de las condiciones locales y estacionales, y de la composición de la
comunidad microbiana autóctona (Atlas y Bartha, 2006).
Las dos estrategias generales de la biorremediación son la modificación ambiental, como
pueden ser la aplicación de nutrientes y la aireación, y la ―siembra‖ de degradadores de
xenobióticos apropiados.
Para demostrar la utilidad potencial de una técnica de biorremediación es importante
documentar la biodegradación aumentada del contaminante en condiciones controladas.
Dado que esto suele ser imposible in situ, se requieren ensayos de laboratorio. Las
variables que se miden habitualmente en los ensayos de biorremediación de laboratorio
incluyen el recuento de poblaciones, la medida de respiración microbiana (consumo de
oxígeno o producción de dióxido de carbono) y la determinación de la velocidad de
degradación (desaparición de contaminantes individuales o totales) en comparación con
los controles que no se utiliza la biorremediación. Las metodologías empleadas en estas
medidas son fundamentales. Sin duda, la medida más directa de la eficacia de
biorremediación es el registro de la desaparición del contaminante.
Los tratamientos de biorremediación no deben tener efectos ecológicos adversos. Por
ejemplo si utilizamos algún abono o un aditivo químico es necesario determinar la
toxicidad inmediata por pruebas toxicológicas estandarizadas, así como la toxicidad
crónica y los efectos subletales.
4.5.Biofouling
El biofouling también conocido como bioincrustaciones se origina en las superficies
metálicas como en las embarcaciones (pero también incluyen tomas de agua, anclas,
entre otros)que se encuentran en contacto con aguas industriales o naturales, como una
acumulación no uniforme que resulta de los procesos fisicoquímicos (pH, salinidad, entre
otros) y biológicos (sustancias metabólicas de los microorganismos) causantes de la
corrosión microbiológica.
De manera más detallada el origen de estas bioincrustaciones comienza con un proceso
de adhesión de una gran variedad de micro y macroorganismos, los cuales buscan
generar un ambiente adecuado para su proliferación. Dentro de los organismos que
podemos encontrar en las bioincrustaciones tenemos a moluscos, crustáceos, algas,
diatomeas y, en menor proporción, a bacterias resistentes que hacen parte de la vida
marina típica de las aguas tropicales.
Microbiología y taxonomía microbiana
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Ejemplo de biofouling en un tripoide.
http://www.google.com.mx/imgres?imgurl=http://w
oodshole.er.usgs.gov/operations/stg/Gear/biofouli
ng.JPG&imgrefurl=http://woodshole.er.usgs.gov/o
perations/stg/Gear/tripod.htm&usg=__qxdxnoX9g
u0mg-Sr-
GivCvEqSxs=&h=1536&w=2048&sz=965&hl=es&
start=1&zoom=1&tbnid=9xY4PbnmiiH97M:&tbnh=
113&tbnw=150&ei=6ebfTubLNMqDsgKY49XmBg
&prev=/search%3Fq%3Dbiofouling%26um%3D1
%26hl%3Des%26sa%3DN%26gbv%3D2%26tbm
%3Disch%26prmd%3Divnsb&um=1&itbs=1
4.5.1. Impacto
Las bioincrustaciones pueden alcanzar proporciones de hasta 150 Kg por metro
cuadrado, lo que obliga a los buques, embarcaciones e incluso submarinos, entre otros a
tener un mayor consumo de combustible, debido al incremento de la resistencia de la
embarcación al agua. Aunado a esto se presenta un aumento de la turbulencia de las
embarcaciones lo que hace que se alteren las propiedades de reflexión del sonido,
comprometiendo las operaciones basadas en el sonar.
Otro riesgo que existe es de los buques, yates y maquinaria mantenida en puertos por
largos períodos, que posteriormente son transportados a nuevas sitios sin haber sido
limpiados previamente lo que origina un vector de transferencia de especies, lo que hace
que las especies se vuelvan exóticas y por lo tanto invasoras, a su vez estas especies
pueden también ir acompañados de especies comensales, parasitas o patógenas.
Algunos ejemplos son los siguientes:
Las biopelículas desarrolladas por bacterias, cianobacterias y diatomeas
Filamentos de alga verde (a menudo Enteromorphaspp.) y poblaciones de alga
roja y marrón
Organismos sésiles (organismos que no son capaces de moverse y permanecen
adheridos), incluyendo esponjas, hidroides, corales, anémonas de mar, gusanos de
tubo, percebes, moluscos bivalvos, briozoos y cordatos (todos los cuales se
adhieren al sustrato adecuado y se propagan por desoves, con variaciones en la
duración de la vida larvaria).
Organismos bentónicos móviles y epibentónicos, incluyendo anélidos poliquetos
errantes, esqueletos de camarones, anfípodos, isópodos, cangrejos, nudibranquios,
whelks (caracoles depredadores), crinoideos y peces territoriales (esp. Gobiidae y
formas similares). Este grupo evita la remoción a través cualquiera de las
siguientes formas:
- adherirse y agarrarse a otras especies incrustantes o a las partes del casco que pueden
servirle de refugio
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
- acomodarse en espacios muy pequeños entre especies incrustadasestablecidas o
muertas
- refugiarse en aberturas del casco y de tuberías (incluye peces pequeños).
Ejemplo del impacto del biofouling en una embarcación
http://www.google.com.mx/imgre
s?imgurl=http://www.drillingcontr
actor.org/dcpi/2009/july-
aug/ahead/biofouling4.jpg&imgr
efurl=http://www.drillingcontracto
r.org/biofouling-is-tip-of-green-
iceberg-1995&usg=__w-
eFjB_fukw8JGPX_BRIogQFlik=
&h=534&w=550&sz=64&hl=es&
start=4&zoom=1&tbnid=jhFECs
QThR-
KFM:&tbnh=129&tbnw=133&ei=
6ebfTubLNMqDsgKY49XmBg&p
rev=/search%3Fq%3Dbiofouling
%26um%3D1%26hl%3Des%26
sa%3DN%26gbv%3D2%26tbm
%3Disch%26prmd%3Divnsb&u
m=1&itbs=1
4.5.2. Técnicas anti-fouling
Debido a esta problemática varias asociaciones han realizado un programa anti-fouling
que se ha emprendido en los recientes años por medio de grandes investigaciones para la
búsqueda dealternativas sostenibles a las actuales estrategias de anti-fouling más tóxicas.
Estas estrategias incluyen, control biológico (usando pastoreadores naturales); nuevos
materiales tales comorevestimientos no-tóxicos de anti-fouling; métodos eléctricos
(generando biocidas (CI-) o cambios depH), nuevas técnicas de manejo de moluscos y
técnicas de inmersión.
Existen tres principios fundamentales para el anti-fouling:
Combatir asentamiento inicial, repeler o matar.
Prevenir el desarrollo de fouling, inhibidores de crecimiento y
Remover el biofouling, limpiar, reducir las fuerzas de adhesión o superficies liberadoras de
fouling
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Anti-fouling. Izquierda una larva de cirrípedo, en el centro uncirrípedo
inmaduro y a la derecha un grupo de cirrípedos maduros.
http://www.crabp
roject.com/client
/files/CRAB_Bes
t_Practice_Guid
elines-
Spanish.pdf
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Las tecnologías y las estrategias para combatir biofouling en superficies sumergidas
http://www.crabproject.com/client/files/CRAB_Best_Practice_Guidelines-Spanish.pdf
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
Evidencia de aprendizaje. La comunicación intercelular
En esta actividad podrás integrar lo aprendido a lo largo de esta unidad con respecto a
los biofilms o biopeliculas. Deberás elaborar un ensayo sobre la comunicación bacteriana
dentro de un Biofilm en alguna mucosa humana durante algún proceso infeccioso.
Realizaras un ensayo de cómo es que se da la comunicación bacteriana dentro del
biofilm tanto para su desarrollo como para preservación.
Realiza lo siguiente:
1.- En un documento de Word elabora un ensayo de al menos una cuartilla donde
expongas la importancia de la comunicación entre bacterias.
2.- Haz énfasis en como se lleva a cabo esta comunicación en alguna mucosa humana
durante el proceso de infección.
3.- Sé cuidadoso con la ortografía
4.- Guarda tu documento con la nomenclatura MTM_U4_EA_XXYZ y envíalo a tu
facilitador (a) mediante la sección de tareas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu facilitador (a) puede detectar esta situación sin dificultad, tu
formación exige que todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
Nota 2: No olvides revisar/consultar la Escala de evaluación para que puedas guiarte
correctamente en el diseño de estructura de tu ensayo y en el proceso de solución o
respuesta de tu Evidencia de Aprendizaje (EA).
Al finalizar tu evidencia de aprendizaje, es importante que lleves a cabo tu ejercicio de
autorreflexión, para ello, ingresa al Foro de Preguntas de Autorreflexión y consulta las
preguntas que tu Facilitador(a) publique ahí para esta unidad, a partir de ellas, realiza tu
ejercicio en un documento de texto y envíalo mediante la herramienta Autorreflexiones.
O.A.
En esta actividad pondrás a prueba tus conocimientos adquiridos durante la unidad,
mediante un crucigrama acerca de los principales conceptos involucrados en ecología
microbiana.
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
1. Realiza un crucigrama con ayuda de los temas vistos en clase, o bien puedes
apoyarte de literatura externa
2. Se cuidadoso con la ortografía
3. Recuerda que para realizar un crucigrama es necesario:
a. Colocar un párrafo con la idea principal y la respuesta irá en el crucigrama ambas
deben ser claras y concisas.
4. Guarda tu documento con la nomenclatura MTM_U4_OAU_XXYZ y envíalo a tu
facilitador mediante la sección de tareas.
Nota: Te exhortamos atentamente a abstenerte de cualquier acción de plagio o copia de
contenidos, ya que tu facilitador puede detectar esta situación sin dificultad, tu
formación exige que todo producto o tarea que reportes sea totalmente original y propio
de tu iniciativa y creatividad, con el fin de que en lo sucesivo esta actitud se proyecte
directamente en tu práctica profesional.
Cierre de Unidad
Como te habrás dado cuenta los microorganismos juegan un papel ecológico muy
importante dentro de los diferentes hábitats y esto te podrá dar una idea de cómo es que
se pueden comportar si se presenta alguna problemática. A su vez tu tendrás la
capacidad de poderlos resolver y sobre todo poder controlar cuando estos se vuelvan una
plaga, siempre y cuando utilices criterios ecológicos cuidando el ambiente.
Para saber más
Para entender mejor el tema del origen de la vida en la Tierra ver el siguiente video
http://www.youtube.com/watch?v=wIZCM7tqwwU
Hemos estudiado todo lo relacionado con los microorganismos en especial las
bacterias, pero existen otros microorganismos como los virus que no se consideran
dentro de los tres Dominios (Bacteria, Archaea y Eukarya), por lo que se te
recomienda ver el siguiente video para ver saber que es el VIH y sus características
http://lacienciaysusdemonios.com/category/medicina/page/2/.
Para comprender como es que se lleva a cabo la sucesión en ecosistemas terrestres
ver el video http://www.youtube.com/watch?v=M1J1U3Hd7nA
Bibliografía básica
Atlas, R. M. y Bartha, R. (2006). Ecología microbiana y microbiología ambiental. 4ª
ed. Pearson, Adison Wesley.
Castrillón, R. L. E., Palma, R. A. y Padilla, D. M. del C. (2011). Interferencia de las
biopelículas en el proceso de curación de heridas. Dermatología RevMex.
55(3):127-139. Consultado en línea el 23 de noviembre del 2011
http://www.medigraphic.com/pdfs/derrevmex/rmd-2011/rmd113e.pdf
Microbiología y taxonomía microbiana
Programa desarrollado
González,G. M. y C. A. M. (2007) Microbiología ambiental. Corpus. 120 pp.
Pidello,A. (2011). Ecología microbiana. Corpus
WALEED, M. K. ZAID. (1993).Tesis doctoral: Physical Properties of Rotating
Biological Contactor Biofilms.
Copyright byWaleed M. K. Zahid,
Willey, J., Sherwood, L. M. y Woolverton, C. J. (2009). Microbiología.7a ed.
MGrawHill-Interamericana.
http://www.crabproject.com/client/files/CRAB_Best_Practice_Guidelines-Spanish.pdf
Bibliografía complementaria
Brooks, G. F., Butel, J. S. y Morse, S. A. (2011). Microbiología Médica. 25° ed. Mc
Graw Hill. .
Madigan, M. T., Martinko, J. M. y Parker, J. (2009). Brock. Biología de los
microorganismos. 12 a ed. Pearson Adison-Wesley.
Prescott, L. M., Harley, J. P. y Klein, D. A. (2005). Microbiología. 5a ed. McGraw-Hill
Interamericana.
Solomon, P. E., Berg, R. L. y Martin, W. D. (2008). Biología. 8a ed. McGraw Hill.
Tórtora, G. J., Funke, B. R. y Case, C. L. (2007). Introducción a la microbiología. 9a
ed.Médica Panamericana.