PRINCIPIOS DE

MICROBIOLOGA

INDUSTRIAL

DEFINICION

Microbiologa.

Estudia organismos que slo son visibles a travs del microscopio:

organismos procariotas y eucariotas simples.

Microbiologa industrial:

Estudia la aplicacin de la biotecnologa de los microorganismos en

la industria.

Esta orientada a la produccin de elementos de inters industrial

mediante procesos en los que, en algn paso intervienen

microorganismos.

Ejemplos:

Produccin de; alimentos (fermentacin del vino, pan o cerveza) y

suplementos dietticos (como vitaminas o aminocidos);

biopolimeros, como el xantano, alginato, acido hialuronico,

polihidroxialcanoatos; bioremediacin de entornos contaminados o

tratamiento de desechos; produccin de principios activos de inters

en medicina, como la insulina y hormona del crecimiento.

ROL DE LOS MICROORGANISMOS

Los m.o generalmente son vistos como agentes infecciosos.

Sin embargo, la mayor parte de los m.o, no causan dao alguno y es ms son benficos.

Perjudiciales

patgenos deterioran los alimentos tiles (microbiologa industrial)

bacterias hongos Levaduras algas microscpicos

ROL DE LOS MICROORGANISMOS

Algunos son nocivos para los animales o plantas pero, en proporcin, son muy pocos.

Existen muchos microorganismos utiles en la industria, debido a que producen compuestos que son producto de su

metabolismo, como es el caso del alcohol o algn

antibitico

En otros casos, los microorganismos son cultivados por su valor intrnseco, como es el caso de la levadura de

panadera.

Es difcil clasificar a los microorganismos en utiles y no tiles, ya que todos participan en el reciclaje de las

molculas del mundo orgnico y tambin en la

conservacin de una parte de la ecologa; de tal forma que

los microbios no slo son tiles sino indispensables para la

vida como la conocemos actualmente.

ETAPAS EN EL DESARROLLO DE LA

MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: (Esquema de

Collard)

a.- Microbiologa antigua

Produccin de:

Cerveza (sumerios y babilonios desde 6,000 AC) Vinagre (antes del 1,700AC) Vino se produce desde 2,000AC en Egipto y China Pan se produce desde el ao 4,000AC. Periodo especulativo. (Generacin espontnea) La

autoridad intelectual de Aristteles, y la autoridad moral

representada por la Biblia, por otro, dieron la idea de que

algunos seres vivos podan originarse a partir de materia

inanimada, o bien a partir del aire o de materiales en

putrefaccin.

b.- DESCUBRIMIENTO DEL MICROSCOPIO. 1675.

Antonie Van Leeuwenhoek. Fabric un microscopio simple, con el que obtuvo aumentos de unas 300 veces.

En 1675 descubri que en una gota de agua de estanque pululaba una asombrosa variedad de pequeas criaturas a

las que denomin animlculos. En 1683 descubre las bacterias. Tambin descubri protozoos (como Giardia, que encontr en sus propias

heces), la estructura estriada del msculo, la circulacin

capilar, los espermatozoides y los glbulos rojos (se le

considera el fundador de la Histologa animal).

Formacin de una ciencia: fines del siglo XIX (Pasteur). El gran mrito de Pasteur, fue demostrar de forma definitiva, la

falsedad de la teora de la generacin espontnea y la

pululacin de bacterias en el medio ambiente.

c.- PAUSTEUR

200 aos despus, Louis Pasteur present sus ideas sobre la fermentacin en su obra ("Estudios sobre la cerveza"), en

la cual postula que los microorganismos que viven en

condiciones anaerbicas son capaces de crecer y vivir

sustituyendo al proceso de respiracin por la fermentacin.

Demostr que todo proceso de fermentacin y descomposicin orgnica se debe a la accin de organismos

vivos y que el crecimiento de los microorganismos en caldos

nutritivos no era debido a la generacin espontnea.

c.- PAUSTEUR

Para demostrarlo, expuso caldos hervidos en matraces provistos de un filtro que evitaba el paso de partculas de polvo

hasta el caldo de cultivo, simultneamente expuso otros

matraces que carecan de ese filtro, pero que posean un cuello

muy alargado y curvado que dificultaba el paso de partculas,

hasta el caldo de cultivo.

Al cabo de un tiempo observ que nada creca en los caldos demostrando que los organismos vivos que aparecan en los

matraces sin filtro o sin cuellos largos provenan del exterior.

As Pasteur mostr que los microorganismos no se formaban espontneamente en el interior del caldo, refutando as la teora

de la generacin espontnea.

Este principio cientfico que fue la base de la teora germinal de las enfermedades y la teora celular y signific un cambio

conceptual sobre los seres vivos y el inicio de la microbiologa

moderna.

d.- MICROBIOLOGA MULTIDISCIPLINARIA

Desarrollo de operaciones ms complejas para la separacin y purificacin de productos.

Produccion industrial de penicilina

Avery, MacLeod y McCarty - Material gentico es DNA.

Los microorganismos se estudian en su complejidad genetica, fisiologica, bioquimica, ecologica, etc

d.- MICROBIOLOGA MULTIDISCIPLINARIA

El experimento Avery-MacLeod-McCarty fue una demostracin experimental, que el ADN es la sustancia que

causa la transformacin bacteriana, en una poca en que se

crea que eran las protenas las que transportaban la

informacin gentica.

Fue la culminacin de la investigacin en la dcada de 1930 y principios de 1940 para purificar y caracterizar el "principio de

la transformacin" responsable del fenmeno de

transformacin descrita por primera vez en el experimento de

Griffith de 1928: cepa de Streptococcus pneumoniae virulento

tipo III S muerto, cuando se inyecta junto con neumococos vivos no virulentos de tipo II-R, result en una infeccin mortal

de tipo III-S.

Avery y sus colegas sugieren que el ADN, puede ser el material hereditario de las bacterias, y podra ser anlogo a los

genes y / o virus en los organismos superiores

e.- MICROBIOLOGA MODERNA

La microbiologa recibe impulso de la Ingeniera gentica. Se produce: Insulina, Hormona humana de crecimiento, etc.

La microscopa electrnica permiti dilucidar la estructura de los hongos, bacterias, protozoos y virus.

Actualmente, se ha dividido en distintas ramas: La microbiologa mdica. Estudia los microorganismos patgenos y la forma de combatirlos.

La microbiologa ecolgica. Estudia el nicho que le corresponde a los microorganismos en el medio,

1.La microbiologa agrcola. Estudia las relaciones

existentes entre plantas y microorganismos,

2.Microbiologa industrial. Estudia la aplicacin de los

microorganismos para la produccin industrial de

sustancias de inters.

BIOTECNOLOGA Y MICROBIOLOGIA

Biotecnologa. Es una actividad multidisciplinaria que

comprende la aplicacin de los principios cientficos y la

Ingeniera al procesamiento de materiales por agentes

biolgicos para proveer de bienes y servicios.

Los microorganismos en biotecnologa

En los ltimos aos se ha incrementado la utilizacin de microorganismos en aplicaciones biotecnolgicas; la

biologa molecular y la gentica de los microorganismos

para poder dirigir en ellos la produccin de compuestos de

inters (industriales y farmacolgicos).

COMPONENTES DE LA MICROBIOLOGA

La biologa de los microorganismos estudia su estructura,

metabolismo y gentica.

La estructura de los microorganismos condiciona de forma muy importante su metabolismo. El metabolismo es el

conjunto de reacciones de utilizacin de los mismos y de

produccin de energa (catabolismo) que permiten a los

microorganismos crecer y multiplicarse (anabolismo) y, como

consecuencia, alterar el ambiente en el que se encuentran.

La gentica garantiza conocer el proceso de transmisin de la informacin que permite el desarrollo de un microorganismo

con una morfologa y un metabolismo determinado; esta

transmisin de informacin puede ocurrir entre unas clulas

y sus descendientes (transmisin vertical) o entre clulas

que conviven en un mismo ambiente y que pueden no estar

relacionadas genealgicamente (transformacin, conjugacin y

transduccin).

UTILIDAD

Los productos que tienen un inters comercial se

pueden agrupar en cuatro clases:

a) productos del metabolismo primario( dixido

de carbono, etanol, cido actico, aminocidos,

etc.).

b) productos del metabolismo secundario

(antibiticos, toxinas).

c) macromolculas (polisacridos, enzimas

d) clulas microbianas (Protena unicelular).

EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR

MICROORGANISMOS

Salud

Bordetella pertusis, Clostridium tetani y

Corynebacterium

diphteriae (vacuna

triple)

Penicillum chrysogenum (penicilina)

Streptomyces sp.(estreptomicina)

E. coli recombinante (insulina, interfern)

EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR

MICROORGANISMOS

Alimentos

Saccharomyces cerevisiae (pan)

Streptococcus lactis (yogurt)

Saccharomyces spp. (cerveza, vino, sidra)

Acetobacter (vinagre) Bacillus spp. (saborizantes)

Streptococcus spp. (quesos)

Vista. Acetobacter

EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR

MICROORGANISMOS

Produccin vegetal

Rhizobium spp.

(fertilizante de

leguminosas)

Giberella fijikuroi

(acido giberlico)

Bacillus thuringiensis

(bioinsecticidas).

Candida utilis (protena

unicelular)

Vista. Bacteria Rhizobium sp

EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR

MICROORGANISMOS Productos industriales

Saccharomyces cerevisiae (etanol)

Clostridium acetobutilicum (butanol, acetona)

Bacillus (enzimas industriales)

Aspergillus (amilasa, proteasas, celulasas,

pectinasas)

Aspergillus niger (cido ctrico y glucnico)

Xanthomonas campestris (goma xantano)

Hongo Aspergillus sp.

EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR

MICROORGANISMOS

Servicios

Especies aerbicas y

anaerbicas (efluentes

purificados)

Minera

Thiobacillus ferroxidans

y otras especies (cobre,

uranio)

Thiobacillus ferrooxidans en un drenagre de una

mina. sta metaboliza FeS2 a Fe+3 y cido sulfrico.

PRINCIPALES PRODUCTOS

300,000

30,000

2000

1000

Corynebacterium glutamicum

Brevibacterium flavum

Corynebacterium glutamicum

Brevibacterium flavum

Aminoacidos

Acido glutamico

Lisina

Fenilalanina

arginina

250,000

50,000

50,000

Aspergillus niger

Aspergillus niger

Lactobacillus delbrueckii

Acidos organicos

Acido citrico

Acido gluconico

Acido lactico

500,000

50,000

Levaduras y bacterias lacticas

Candida utilis

Biomasa

Starters para alimentos

Proteina unicelular

20 millones

2000

Saccharomyces cerevisiae

Clostridium acetobutylicum

Solventes

Etanol

Acetona/butanol

PRODUCCION

(Ton/ao)

ORGANISMO

PRODUCTO

< 0.1

Corynebacterium diphteriae

Clostridium tetani

Bordetella pertussis

Virus atenuado crecido en rion de mono

o celulas diploides humanas

Idem anterior

Antigenos de superficie expresados en

levadura

Vacunas

Difteria

Tetanos

Pertussis

Polio

Rubola

Hepatitis B

5 Claviceps paspali

Alcaloides del ergot

10

Propionibacterium shermanii

Eremothecium ashbyii

Vitaminas

B12

Riboflavina

600

500

500

500

100

50

50

Bacillus spp

Bacillus amyloliquefasciens

Aspergillus niger

Bacillus coagulans

Aspergillus niger

Mucor o levaduras recombinantes

Enzimas

Proteasas

Alfa-Amilasas

Glucosa-amilasa

Glucosa isomerasa

Pectinasa

Renina

otras

PRODUCCION

(Ton/ao)

ORGANISMO

PRODUCTO

< 0.1

Bacillus thuringiensis

Insecticidas

Esporas bacterianas

80,000

15,000

15,000

10,000

2,000

1,000

Penicillum chrysogenum

Cephalosporium acremonium

Streptomyces aureofaciens

Streptomyces erythreus

Bacillus brevis

Streptomyces griseus

Penicillum griseofulvum

Antibioticos

Penicilinas

Cefalosporinas

Tetraciclinas

Macrolidos (eritromicina)

Polipeptidicos (gramicidina)

Aminoglicosidos (estreptomicina)

Aromticos (griseofulvina)

< 0..01 Celulas de hibridoma Anticuerpos monoclonales

< 0.1

E. coli recombinante

E. coli recombinante o celulas de

mamfero recombinante

celulas de mamfero recombinante

celulas de mamfero recombinante

E. coli recombinante

Proteinas de uso teraputico

Insulina

Hormona de crecimiento

Eritropoyetina

FactorVIII-C

Activador del plasminogeno

Interferon alfa2

< 0.1

Lithospermum (plantas)

Levaduras

Pigmentos

Shikoninas

Beta-carotenos

Astaxantina

PRODUCCION

(Ton/ao)

ORGANISMO

PRODUCTO

MICROORGANISMOS EN LOS ALIMENTOS

La produccin de alimentos por tcnicas microbiolgicas es una actividad de larga historia.

Los microorganismos pueden alterar los constituyentes de los alimentos, estabilizndolos y permitiendo su mayor

duracin.

Proporcionan compuestos que confieren sabores caractersticos a los alimentos por ellos producidos.

Los microorganismos alterantes de los alimentos, los deterioran hacindolos inaceptables.

Los alimentos pueden ser vehculos de infecciones (ingestin de microorganismos patgenos) o de

intoxicaciones (ingestin de toxinas producidas por

microorganismos) graves.

VENTAJAS DE LOS MICROORGANISMOS

COMO UNIDADES DE PRODUCCIN

Adaptacin al crecimiento en gran escala Crecimiento en medios sencillos y econmicos No patgenos (Seguros) Crecimiento rpido Susceptibles de ser manipulados genticamente Estables a nivel gentico Tecnologas limpias Fciles de almacenar HONGOS

PLURICELULARES UNICELULARES (levaduras) BACTERIAS BACTERIAS CIDO-LCTICAS

CLOSTRIDIOS, PSEUDOMONAS

ESTREPTOMICETOS

CLASES DE MICROORGANISMOS

Por el tipo de clula. Procariotas. Eucariotas. Por la temperatura de desarrollo. Psicrfilos. Mesfilos. Termfilos. Por su relacin con el oxigeno. Aerobios. Anaerobios. Facultativos.

PROPUESTA DE WHITTAKER

Sistema de clasificacin en cinco reinos basado en la organizacin celular y modelos nutricionales de los

organismos.

Procariotae o Monera (eubacterias y arqueobacterias).

Protista (hongos mucosos, protozoos y algunas algas).

Fungi (levaduras unicelulares, mohos pluricelularesy hongos carnosos).

Plantae (algunas algas, musgos, helechos, conferas y plantas con flores).

Animalia (que incluye, entre otros, esponjas, gusanos, insectos y vertebrados).

REINO PROTISTA

CLULA PROCARIOTA

CLULAS EUCARIOTAS

Clula Vegetal y Clula Animal

COMPARACIN

CARACTERSTICAS DE LAS CLULAS

PROCARITICAS Y EUCARITICAS

RGANOS EN EUCARIOTAS

Comparacin:

eucariota,

bacteria, virus

FUENTE DE MICROORGANISMOS

Flora natural. Aguas residuales, residuos slidos, compostaje, fermentaciones.

Microrganismos capturados. Del medio ambiente

Cepas. pureza

ORIGEN DE LAS CEPAS INDUSTRIALES

Colecciones que suministran cultivos de microorganismos industriales

BIOSEGURIDAD Es la aplicacin del conocimiento, de las tcnicas y de los equipos necesarios para prevenir la exposicin del personal, del rea de laboratorio y del medio ambiente a agentes potencialmente infecciosos o biopeligrosos. VIAS DE CONTAMINACION 1. La boca Comer, beber y fumar en el laboratorio. Realizar transferencias con pipetas sin utilizar ningn tipo de proteccin. 2. La piel Cortaduras o rasguos. Transferencia indirecta de microorganismos a travs de los dedos o utensilios contaminados (lpices, bolgrafos, etc.). 3. Los ojos Salpicaduras de materiales infecciosos. Transferencia indirecta de microorganismos a travs de los dedos contaminados. 4. Los pulmones Inhalacin de microorganismos transportados por el aire (aerosoles).

NORMAS

Entrar al laboratorio en forma ordenada, dejar las carteras, libros y otros objetos personales en el lugar que se les indique para tal fin.

Llevar puesto el mandil de laboratorio en todo momento, que debe permanecer completamente cerrado.

Limpiar y descontaminar las superficies de trabajo, antes de comenzar y al finalizar la sesin prctica.

Lavar las manos con agua y jabn:

antes de realizar las actividades programadas

antes de salir del laboratorio

despus de usar materiales contaminantes.

NORMAS

Recoger el cabello largo. Evitar desplazamientos

innecesarios, movimientos bruscos. Hablar slo lo indispensable.

No comer, beber, fumar. Conocer el manejo de todos los

equipos y reactivos a emplear antes de iniciar las actividades indicadas en la prctica. Si usted tiene alguna duda, dirjase al profesor.

Usar mascarillas para casos indicados

REFERENCIAS

Andino Rugama, Flavia y Castillo Yorling. Microbiologa de los alimentos. Universidad Nacional de Ingenieria,

Estel, 2010.