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Impacto de los microorganísmos sobre las actividades humanas

Introducción  Las bacterias son microorganismos unicelulares que presentan un tamaño dealgunos micrómetros de largo (entre 0,5 y 5 µm) y diversas formas, incluyendo

esferas, bastones y hélices. Son procariotas y, a diferencia de las células eucariotas (de animales, plantas y otros microorganismos como los hongos), notienen núcleo definido ni orgánulos citoplasmáticos. Existen evidencias de quefueron las primeras formas vivas que habitaron el planeta. Del estudio de lasbacterias se encarga la bacteriología, una rama de la microbiología (1, 2, 3).La mayoría de las bacterias poseen pared celular compuesta depeptidoglicano. Muchas disponen de flagelos o de otros sistemas dedesplazamiento y son móviles; poca importancia se presta, no obstante, ala producción de cápsula, pese a que el 99% de las bacterias viven enlos medios naturales embebidas en una matriz o biofilm que no es otra cosaque una "cápsula colectiva". Son los organismos más abundantes del planeta,

y, el haber sido sus primeros pobladores, y subsistir hasta la actualidad, justifica su ubicuidad, encontrándose en todos los hábitat terrestres, comoel suelo,  los manantiales calientes y ácidos,  los desechos radioactivos, lasprofundidades del mar y la corteza terrestre (1, 4-6). Algunas bacterias pueden sobrevivir en las condiciones extremas del espacioexterior. Se estima que hay alrededor de 40 millones de células bacterianas enun gramo de tierra y un millón en un mililitro de agua dulce. Se estima que hayaproximadamente 5×1030 bacterias en el mundo. Tan exagerada cifra estáplenamente justificada si se tiene en cuenta que estos organismos unicelularesson imprescindibles para elreciclaje de los elementos y muchos pasosimportantes de los ciclos biogeoquímicos serían imposibles sin su presencia.Como ejemplo cabe citar la fijación del nitrógeno atmosférico, la mineralizaciónde péptidos y compuestos orgánicos nitrogenados, imprescindibles para lasplantas (1, 3).Sin embargo, solamente la mitad de los filos conocidos de bacterias tienenespecies que se pueden cultivar en el laboratorio, por lo que una gran parte (sesupone que cerca del 90%) de las especies de bacterias existentes todavía noha sido descrita. En el cuerpo humano hay aproximadamente diez veces máscélulas bacterianas que humanas; buena parte de ellas en la piel y en el tractodigestivo. Aunque el efecto protector del sistema inmune hace que la granmayoría de estas bacterias sea inofensiva o beneficiosa, algunas bacterias

patógenas pueden causar  enfermedades infecciosas, incluyendo cólera, sífilis, lepra, tifus, difteria, escarlatina, etc. Las enfermedades bacterianas mortalesmás comunes son las que afectan vías respiratorias, con una mortalidadcercana a los dos millones de personas al año si se tiene en cuenta sólolatuberculosis (3).Desde el pasado siglo comenzó el uso de antibióticos para tratar lasinfecciones bacterianas. Los mismos inhiben la formación de la pared celular obloquean la síntesis proteica bacteriana. El uso extenso e indiscriminado deestos productos en los tratamientos humanos, en la agricultura y la ganadería, ha conllevado a la aparición creciente de cepas antibiorresistentes, unproblema muy serio, casi tanto como las propias enfermedades que justifican

su existencia, por ello, con justificada razón, a este fenómeno que se

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acrecienta en la actualidad, se le ha denominado la "epidemia invisible del sigloXX" (2).En la industria,  las bacterias son importantes en procesos tales como eltratamiento de aguas residuales, en la producción de queso, yogur,mantequilla, vinagre, etc., y en la fabricación de medicamentos y de otros

productos químicos. La industria biotecnológica también explota estas formasmicrobianas al utilizarlas como biofábricas para la expresión de genes deplantas, animales y humanos (7, 8).II- Desarrollo Impacto de las bacterias en los medios naturales  2.1.1- Las bacterias y el cambio climático Si no existieran bacterias el cúmulo de metano presente en el fondo marinosaldría a la superficie, causando un 'cambio climático inmediato',indudablemente muy superior al que está causando la actividad humanainconsciente desde el pasado siglo. Por suerte, estos organismos unicelulares,irracionales al fin, no están sujetas a presiones políticas,  ideológicas,

mercantilistas, ni nada por el estilo, simplemente siguen las reglas que existíancuando poblaron la Tierra (1, 2, 9, 10).El bioquímico alemán Rudolf Amann, codirector del Instituto Max Planck deMicrobiología Marina, en Bremen ( Alemania), explicó en una entrevista a EFEque ése es sólo uno de los beneficios originados por los microorganismosmarinos, que 'juegan un papel clave en el balance de la atmósfera yla biosfera'(10).'Las bacterias son el motor  de la vida', ya que son responsables de completarel ciclo de los elementos, explicó Amann, quien recordó que, a pesar de suimportancia, sólo 8 000 especies 'están bien descritas en la actualidad', lo quesupone sólo el uno por ciento del total estimado (10).

 Además de mineralizar la biomasa muerta, los microorganismos marinospueden reciclar elementos contaminantes en el agua,  suplir  funciones vitalesbásicas, y de ellos pueden deducirse 'muchos conocimientos aplicables a loshumanos'(10).Gracias a la interacción de diferentes bacterias, Olavius algarvensis, unpequeño gusano que vive en aguas del Mediterráneo cerca de la isla deElba, Italia,  puede sobrevivir sin boca, estómago ni intestino, ya que losmicroorganismos le proporcionan energía y eliminan sus residuos (10).Del mismo modo, detalló Amann, 'hace quinientos años los microorganismos

presentes en los ríos podían depurar los residuos de las poblaciones humanasque vivían a sus orillas'. Esto ya no es posible, en estos momentos, debido alaumento de la población,  sin embargo, los investigadores actuales pueden'detectar qué organismo depura el agua,  enriquecerlo y condensarlo parahacerlo más activo'(10).Según Amann, aunque la microbiología marina se dirige a una 'era genómica',gracias a la posibilidad de secuenciar masivamente el  ADN,  no deben serdesechados otros enfoques, pues la 'secuenciación no indica cómo funciona einteractúa un organismo en su entorno' (10). Los autores de esta modestarevisión coincidimos con esa preocupación pero, al mismo tiempo, apoyamoslas opciones biotecnológicas, siempre que se apliquen de forma racional.

2.1.2- Las bacterias y la eliminación del amoníaco 

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Los científicos del Servicio de Investigación  Agrícola (ARS), a través deun proceso bacteriano innovador, preparan el camino para métodos nuevos,económicos y a gran escala para la eliminación del amoníaco de las aguasresiduales en las producciones bovinas (10).En ensayos con anammox (Oxidación anaeróbia de amonio), Vanotti y Szogi,

del ARS, han sido los primeros investigadores en aislar, a partir de residualesbovinos, las bacterias planctomycetes usadas en el proceso de anammox. Delmismo modo, han destacado el potencial comercial de anammox para eliminarel nitrógeno de las aguas residuales en tasas semejantes a las obtenidas pormétodos convencionales. El anammox, descubierto en los Países Bajosdurante los años noventa del pasado siglo, usa menos energía quelos sistemas tradicionales de eliminación de nitrógeno biológico porque sólouna parte del amonio en las aguas residuales necesita ser nitrificada, y eliminael amonio sin el gasto de aeración o aditivos. Se han logrado tasas altas deeliminación de nitrógeno mejorando el ambiente para la multiplicaciónbacteriana, pero su lenta velocidad de crecimiento hace difícil su cultivo (10).

El aislamiento de estas bacterias de las aguas residuales permitiría a losinvestigadores el desarrollo de tratamientos económicos para los residuos quecontienen niveles altos de amoníaco. En tal sentido, Vanotti puntualiza que,aunque los investigadores han usado anammox para eliminar hasta 500gramos de nitrógeno por metro cúbico diario, a partir de las aguas residualesbovinas, su meta es triplicar esta tasa en el futuro (10).2.1.3- Las bacterias y el medio ambiente Las bacterias desempeñan un papel importante en el reciclado de muchoselementos y compuestos químicos en la naturaleza, muchos de ellos con unaelevada toxicidad. En ausencia de dichas actividades bacterianas, la vida en laTierra no sería posible. Las basuras y los desperdicios nos inundarían si lasbacterias no acelerasen la descomposición de las plantas y animales muertos.Como resultado de su actividad, los restos de sustancias orgánicas de lasplantas y los animales se descomponen en partículas inorgánicas. Estemecanismo es una fuente importante de alimento para las plantas. Además, lasleguminosas enriquecen el suelo al incrementar el contenido de nitrógenogracias a la ayuda de la especie Rhizobium radicicola bacteria que infecta lasraíces de las plantas y origina nódulos de fijación de nitrógeno. El procesofotosintético en que se basan las plantas fue desarrollado, originalmente, enbacterias, así, de acuerdo a la teoría endosimbiótica, los cloroplastos y lasmitocondrias de las células eucarióticas derivaron de bacterias primitivas que

parasitaron a otras procariotas (2, 10).2.1.4- Fijación de nitrógeno Las bacterias desempeñan una función muy importante en la fertilidad delsuelo. Estos microorganismos convierten el nitrógeno atmosférico enamoníaco, un compuesto nitrogenado que las plantas necesitan para crecer;son los únicos organismos capaces de realizar este proceso bioquímico querecibe el nombre de fijación de nitrógeno. Las bacterias capaces de fijar elnitrógeno atmosférico suelen vivir en asociación con las plantas. Por ejemplo,las bacterias del género Rhizobium, forman nódulos en las raíces de las judíasy otras plantas de la familia de las leguminosas. Existen, además, otrasespecies capaces de fijar nitrógeno de forma asimbiótica entre las que

destacan los géneros Azotobacter  y Beijerinckia. (10-12).2.1.5- Quimiosíntesis 

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Las bacterias desempeñan una función fundamental en los ciclos de otroselementos en el medio ambiente.  Muchas bacterias obtienen su energíamediante la oxidación de sustancias orgánicas o inorgánicas; en general se lesclasifica como quimiótrofas: quimiolitótrofas si el compuesto oxidado esinorgánico y quimiorganótrofas cuando oxidan sustancias orgánicas. Las

bacterias quimiolitótrofas emplean la energíaquímica presente en loscompuestos inorgánicos, en lugar de la energía de la luz utilizada por lasplantas, para transformar el CO2 en diferentes moléculas orgánicas de las queotros organismos pueden nutrirse. La quimiosíntesis ocurre en las grietashidrotermales del fondo de los océanos, donde no se dispone de luz para llevara cabo la fotosíntesis pero hay grandes cantidades de H2S. Alrededor de estasgrietas hidrotermales pueden desarrollarse múltiples organismos marinosgracias a que las bacterias, a partir de la energía obtenida de la oxidación delH2S, transforman el CO2 en nutrientes orgánicos. Además, estas bacteriasestán adaptadas a las altas temperaturas que existen en esos manantiales delfondo oceánico. La capacidad de las bacterias de utilizar compuestos de azufre

como fuentes de energía también ha sido muy útil endiversos procesos industriales (8, 10-12).2.1.6- El ciclo del carbono El carbono,  vital para todos los seres vivos, circula de manera continua enel ecosistema terrestre. En la atmósfera existe en forma de dióxido de carbono,que emplean las plantas en la fotosíntesis. Los animales usan el carbono de lasplantas y liberan dióxido de carbono, producto del metabolismo. Aunque partedel carbono desaparece de forma temporal del ciclo en forma decarbón, petróleo, combustibles fósiles, gas y depósitos calizos, la respiración yla fotosíntesis mantienen prácticamente estable la cantidad de carbonoatmosférico. La industrialización aporta dióxido de carbono adicional al medioambiente (12).Las bacterias y los hongos (levaduras y mohos) son esenciales para otroproceso que hace posible la vida en la Tierra:  el ciclo del carbono. Estosorganismos ayudan a producir el dióxido de carbono (CO2) que las plantastoman de la atmósfera. Mediante la fotosíntesis, las plantas convierten la luzsolar y el CO2 en alimento y energía, liberando oxígeno a la atmósfera (11-14).El ciclo del carbono continúa una vez que las plantas y los animales muerencuando las bacterias ayudan a convertir la materia que forma estos organismosde nuevo en CO2. Las bacterias y los hongos secretan enzimas que rompenparcialmente la materia muerta. La digestión final de esta materia tiene lugar en

las células bacterianas y fúngicas a través de procesos de fermentación yrespiración. El CO2 liberado en estos procesos regresa a la atmósfera parareanudar el ciclo (11-14).2.1.7- Biorremediación La biorremediación hace referencia al empleo de microorganismos, en especialbacterias, para devolver los elementos presentes en los tóxicos químicos a susciclos naturales en la naturaleza. Este proceso es un método económico yeficaz de limpieza del medio ambiente, uno de los principales retos a los que seenfrenta la sociedad hoy en día (8, 10, 13-16).La biorremediación se ha utilizado en la limpieza de vertidos de petróleo, pesticidas y otros materiales tóxicos. Por ejemplo, los accidentes en los que

están implicados tanques de petróleo gigantescos originan importantes vertidosque contaminan las costas y dañan la fauna.  Las bacterias y otros

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microorganismos pueden convertir los materiales tóxicos del crudo de petróleoen productos menos dañinos como CO2. La adición de fertilizantes quecontienen nitrógeno, fósforo y oxígeno a las áreas contaminadas estimula lamultiplicación de las bacterias ya presentes en el medio y acelera el proceso delimpieza (10, 12-16).

El Ministerio de Medio Ambiente en España aportó 2, 6 millones de euros parala recuperación medioambiental del río Magro, uno de los cauces que junto al Albaida estuvieron catalogados hasta hace muy poco como uno de los máscontaminados del país. En los ensayos realizados, se han tratado 7.442 metroscúbicos de sedimentos que han permitido la eliminación casi natural de 4.761metros cúbicos de residuos, gracias a la aplicación de 371 kilogramos de unproducto compuesto por bacterias y enzimas específicas. Según fuentes de laConfederación Hidrográfica del Júcar, este tratamiento carece de toxicidad paralos ecosistemas acuáticos, y solo genera sales, agua y algunos gases (17).Las bacterias son muy importantes en el tratamiento de las aguas residuales.El tratamiento habitual comprende múltiples procesos. Por lo general, comienza

mediante un proceso de sedimentación en el que los materiales más pesadosse depositan en el fondo. A continuación se borbotea aire en esas aguasresiduales. Este proceso recibe el nombre de fase aeróbica y favorece que lasbacterias que utilizan oxígeno fragmenten la materia orgánica en ácidos y CO2.En esta fase se eliminan también la mayoría de los microorganismospatógenos. Los sedimentos de las aguas residuales son tratados en una faseposterior con bacterias anaerobias (10-13).Estas bacterias fragmentan los sedimentos, produciendo metano que puedeser utilizado como combustible para el funcionamiento de las instalaciones delas plantas de tratamiento. Actualmente, la fase anaeróbica precede algunasveces a la fase aeróbica (10-13).Las bacterias también son eficaces, como ya se ha visto, en la limpieza decontaminantes mediante biorremediación. En este proceso las bacterias y otrosmicroorganismos convierten sustancias tóxicas o indeseables, como pesticidaso vertidos de petróleo, en productos menos dañinos o incluso útiles (8, 10-12).2.1.8- Las bacterias contra las minas terrestres Cada día alrededor de 800 personas resultan gravemente heridas o muertaspor la activación de alguna mina terrestre antipersonal. Desde que la fallecidaprincesa Diana se interesó por el tema, éste se ha hecho más popular, pero sudramatismo persiste, pese a ser un mal masivo engendrado desde mediadosdel pasado siglo. Fruto de tal práctica, existen por todo el mundo unos cien

millones tales artefactos abandonadas bajo tierra en países como  Afganistán,  Angola, Camboya, Iraq o Bosnia, por solo citar algunos ejemplos. Quedan unosdos millones de minas en las zonas arrasadas por la guerra en el territorio de laex-Yugoslavia. Estas diminutas armas son capaces de matar 10 veces másciviles inocentes, que soldados y las heridas que producen por lo generalexigen la amputación de los miembros afectados. El gran problema actual estáen que resulta mucho más costoso desactivarlas que ponerlas (18) ¿Quéhacer?Por sorprendente que pueda parecer, una de las opciones más alentadorasimplica el uso de bacterias, vertiente en la que se viene trabajando. Estavariante ha sido posible gracias a los avances de la Ingeniería Genética y a las

sorprendentes cualidades de algunas bacterias. Para comprender la propuestaes necesario aclarar que existen bacterias bioluminiscentes; las mismas

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poseen una enzima (luciferasa) que, al actuar sobre su sustrato, las hace emitirfluorescencia con una longitud de onda característica. Se han aislado y clonadolos genes que codifican estas enzimas. Además, se ha comprobado laexistencia de bacterias que utilizan el TNT como fuente nutricional y energéticapara sus procesos metabólicos. A partir de ambas, se puede lograr una

bacteria modificada que, en presencia de TNT, active sus genes responsablesde bioluminiscencia y… ¡mina detectada! Los actuales métodos biotecnológicoshan permitido hacerlo, utilizando una especie del género Pseudomonas; una"comedora de TNT" a la que incorporaron los genes para la bioluminiscencia.Resulta económico esparcir sus cultivos sobre los terrenos contaminadossospechosos. De esta forma podrían detectarse partículas de TNT aún en elrango de una en mil millones. En unas pocas horas se produciría suficientefluorescencia para, con un detector de radiaciones UV, descubrir las minasterrestres. Las bacterias esparcidas sobre terrenos libres de TNT morirían enpor las radiaciones solares y la ausencia de su nutriente fundamental (18).Impacto de las bacterias en las industrias  

2.2.1- Las bacterias en la industria alimentaria El papel de las bacterias en la industria alimentaria es muy diverso, segúnla óptica con la que se analice su impacto. Algunas resultan muy nocivas alafectar la calidad de los alimentos:  los deterioran, afectando sus cualidadesorganolépticas. Existen múltiples especies bacterianas asociadas al deteriorode la carne, el vino, las verduras, la leche y otros productos de consumo diario.Otras, aparentemente no alteran las cualidades de los alimentos pero semultiplican en estos, o excretan sus toxinas y resultan responsables de lasdenominadas enfermedades transmitidas por alimentos (ETA) (14, 16-22).Por otra parte, las bacterias potencian las propiedades nutritivas y el sabor delos alimentos y resultan de gran importancia en muchas industrias.  Lacapacidad fermentadora de ciertas especies es aprovechada enla producción de queso, yogur, adobos y salazones. También resultanimportantes en el curtido de cueros, la producción de tabaco, la conservacióndel grano, los tejidos,  los fármacos, y en la elaboración de varios tipos deenzimas, polisacáridos y detergentes (8, 14).La industria láctea proporciona excelentes ejemplos de las ventajas ydesventajas de las bacterias. Antes de la introducción de la pasteurización afinales del siglo XIX, los productos lácteos eran los principales portadores debacterias causantes de enfermedades como la tuberculosis yla fiebre reumática. Desde entonces, la regulación de esta industria ha reducido

mucho el riesgo de infecciones derivadas de los productos lácteos. En relacióna los beneficios que aportan las bacterias, hay que destacar el empleo de estosmicroorganismos en la fermentación láctica para la fabricación de numerososproductos lácteos como el yogur, la mantequilla o el queso. Las bacteriasproducen ácido láctico, el cual agria la leche, dificulta el crecimiento debacterias productoras de enfermedades y proporciona un sabor deseable alyogur. El queso se obtiene también mediante fermentación. En primer lugar, lasbacterias fermentan el azúcar  de la leche a ácido láctico y a continuación, losfabricantes de queso introducen diferentes microorganismos para obtener lossabores deseados. El proceso es complicado y completarlo puede llevar mesese incluso años, pero aporta a los quesos su sabor característico (14).

La variedad de alimentos fermentados que consumimos varía desdeconservas, aceitunas y chucrut  hasta salchichas y otras carnes y pescados

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curados, chocolate, salsa de soja y otros productos. En la mayoría de estasfermentaciones las bacterias productoras de ácido láctico desempeñan unafunción destacada. Las levaduras son los principales microorganismosresponsables de la fermentación alcohólica necesaria para la fabricación decervezas y vinos, aunque las bacterias ácido lácticas también están implicadas

especialmente en la fabricación del vino o la sidra. Las bacterias que producenácido acético pueden convertir el vino, la sidra u otras bebidas alcohólicas envinagre (14).2.2.2- Otras aplicaciones en la industria Las bacterias también participan en la elaboración de otros productos, comociertos plásticos y enzimas utilizados en los detergentes, y en la producción demuchos antibióticos, como la estreptomicina y la tetraciclina. A partir de ladécada de 1980 las bacterias adquirieron importancia en la producción demuchas sustancias químicas, como el etanol. La obtención de productosquímicos mediante bacterias y otros microorganismos es menos contaminantepara el medio ambiente que la producción química convencional. El desarrollo

de la ingeniería genética ha allanado el camino para un uso más frecuente delas bacterias en la fabricación industrial a gran escala y en procesos menosagresivos al medio ambiente (7, 8, 13, 14).Bibliografía  1) El origen de la Tierra y la vida. Disponibleen: http://www.140.198.160.119/bio /bio181/BIOBK/BioBookCELL1.html2) Barreto, G., Rodríguez, H: Impacto del entorno en la virulencia bacteriana.Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos37/virulencia-bacteriana/virulencia-bacteriana2.shtml.3) Bacteria. From Wikipedia, the free encyclopedia. Disponible en:http://www.wiki pedia.org/wiki/bacterias.4) La materia se auto organiza. Disponible en: http://www.muyinteresante.es/canales/muy_act/ anterior/mayo99/articulo2.htm 5) Woese, C. Disponible en: http://eo.wikipedia.org/wiki/Carl_WOESE. 6) Barreto, G., Rodríguez, H: La cápsula, algo más que una estructura noesencial (Revisión). Rev. Prod. Anim. 20 (1): 69-80, 2007.7) Barreto, G: Aspectos microbiológicos de las producciones cerveceras.Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos36/producciones-cerveceras/ producciones-cerveceras.shtml.8) Barreto, G: Microbiología para Estudiantes de Ingeniería Química.Repositorio del ministerio de educación. Última modificación 22/04/2009 13:33

Disponible en: revistas.mes.edu.cu/eduniv/search?Subject%3Alist.9) La atmósfera terrestre. Disponibleen: http://www.educared.net/concurso2001/ 247/la_atmósfera_terrestre.htm 10) Bacterias para el medio ambiente. Microbios favorecedores de lluvia.Disponible en: http://www.teimagino.com./bacterias-para-el-medio-ambiente. 11) PELCZAR, MJ., REID, RD: Microbiología. Ediciones del Castillo,S.A. Edición en español. 1966.12) Mayea, S., Carone, M., Novo, R., Boado, I., Silveira, E., Soria, M., Morales,Y., Valiño, A: Microbiología Agropecuaria. Tomo II. Editorial Félix Varela. LaHabana, 2004.12-13) "Bacterias" Microsoft® Encarta®2009[DVD]. Microsoft Corporation,

2008.

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13-14) Los microorganismos. Solociencia. Disponibleen: http://www.solociencia.  com/ biologia/microbiologia-microorganismos-industria.htm14-15) CERVANTES,  C., GUTIERREZ-CORONA, F: Copper resistancemechanisms in bacteria and fungi. FEMS Microbiology Reviews. 14 (2): 121-

137, 2006.15-16) SCIENTIFIC COMMITTEE ON EMERGING AND NEWLY IDENTIFIEDHEALTH RISKS (SCENIHR): Assessment of the Antibiotic Resistance Effectsof Biocides. The SCENIHR adopted this opinion at the 28th plenary on 19January 2009 after public consultation. Disponibleen: http://ec.europa.eu/health/ph risk/ ris en.htm. 17) Medio Ambiente aprueba el uso de bacterias para descontaminar el Magro.Disponible en: http://www.levante-emv.com/comunitat-valenciana/2009/09/10/ medio-ambiente-aprueba-bacterias--descontaminar-magro/629346.html 18) Lozano, JA: Medio ambiente y vidas saludables. 4.3. Medio ambiente.

Bacterias contra las minas terrestres. Disponible en: laverdad.eshttp://servicios. laverdad.es/cienciaysalud/4_3_5.html16) WORLD HEALTH ORGANIZATION (WHO): Food safety and foodborneillness. 2004. Disponibleen:http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs237/en/print.html World. 17) Rosas,  MR. Contaminaciones alimentarias. Cuadros principales,tratamiento y prevención Á M B I T O F A R M A C É U T I C O. N u t r i c i ó n.2007; 25 (6): 95-100.18) GRUPO FUNCIONAL ETA-SVCSP-INS. 2008. INFORME DE LAVIGILANCIA DE LAS ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR ALIMENTOS,2008. Disponibleen: http://www.invima.gov.co/Invima/general/docs_general/INFORMEETA%20ITRIMESTRE2008.pdf . 19) Barreto, G., Sedrés, M., Rodríguez, H., Guevara, G: Comportamiento de losBrotes debidos a Enfermedades Trasmitidas por Alimentos (ETA) en laProvincia de Camagüey en el período 2000-2008.http://www.monografias.com/trabajos66/ enfermedades-transmision-alimentos/enfermedades-transmision-alimentos.shtml.20) Sedrés, M., Rodríguez, H., Barreto, G., Guevara, G., Varona, R: Estudio deun brote hídrico en una comunidad de la provincia de Camagüey, Cuba. 2009.http://www.monografias.com/trabajos 69/brote-hidrico-comunidad-camaguey-

cuba/brote-hidrico-comunidad-camaguey-cuba.shtml.21) Rodríguez, H., Barreto, G., Sedrés, M., Guevara, G: Comportamiento de lasenfermedades transmitidas por alimentos (ETA) en la provincia de Camagüeysegún el tipo de muestra analizado. Rev. Prod. Anim. 20 (1): 81-88, 2009.22) Barreto, G., Sedrés, M., Rodríguez, H., Guevara, G: Agentes bacterianosasociados a Brotes de Enfermedades Trasmitidas por Alimentos (ETA) en laProvincia de Camagüey durante el período 2000-2008.REDVET. Revista electrónica de Veterinaria 1695-7504 2010 Volumen 11Número 02, Febrero/2010 – http://www.veterinaria.org/revistas/redvet/n 020210.html

 Autor:

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Herlinda Rodríguez Torrens**  Yiunan Blanco Gómez* Evelio Mestre Cruz* Obi Guiste Hummon* Otmar Michel Sedeñoñ 

Guillermo Barreto Argilagos** * Ingeniería Química. Universidad de Camagüey.** Facultad de Ciencias Agropecuarias. Universidad de Camagüey.

MICROORGANISMO EN LA INDUSTRIA

Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podríadefinirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos yorganismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos

o procesos para usos específicos"

Existen una serie de características que comparten todos los microorganismosy que suponen ciertas ventajas para su uso en la industria. la más fundamental,el pequeño tamaño de la célula microbiana y su correspondiente alta relaciónde superficie a volumen. Esto facilita el rápido transporte de nutrientes alinterior de la célula y permite, por consiguiente, una elevada tasa metabólica. Así, la tasa de producción de proteína en las levaduras es varios órdenes demagnitud superior que en la planta de soja, que, a su vez, es 10 veces más alta

que en el ganado. Esta velocidad de biosíntesis microbiana extremadamentealta permite que algunos microorganismos se reproduzcan en tan solo 20minutos (Escherichia coli).

Los ambientes capaces de albergar vida microbiana son muy variados. Se hanencontrado especies que viven a temperaturas comprendidas entre el punto decongelación del agua y el punto de ebullición, en agua salada y dulce, enpresencia y en ausencia de aire. Algunos han desarrollado ciclos de vida queincluyen una fase de latencia en respuesta a la falta de nutrientes: en forma de

esporas permanecen inactivos durante años hasta que el medio ambiente, másfavorable, permita el desarrollo de las células. Los microorganismos se hallancapacitados para acometer una extensa gama de reacciones metabólicas yadaptarse así a muchas fuentes de nutrición. Versatilidad que hace posible elque las fermentaciones industriales se basen en nutrientes baratos.

Un microorganismo de uso industrial debe producir la sustancia de interés;debe estar disponible en cultivo puro; debe ser genéticamente estable y debecrecer en cultivos a gran escala. Otra característica importante es que elmicroorganismo industrial crezca rápidamente y produzca el producto deseadoen un corto período de tiempo. El microorganismo debe también crecer en un

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relativamente barato medio de cultivo disponible en grandes cantidades. Además, un microorganismo industrial no debe ser patógeno para el hombre opara los animales o plantas.

Otro requisito importante es la facilidad de separar las células microbianas delmedio de cultivo; la centrifugación es dificultosa o cara a gran escala. Losmicroorganismos industriales más favorables para esto son aquellos de mayortamaño celular (hongos filamentosos, levaduras y bacterias filamentosas) yaque estas células sedimentan más fácilmente que las bacterias unicelulares eincluso son más fáciles de filtrar.

Los microorganismos que sintetizan productos útiles para el hombrerepresentan, como máximo, unos pocos centenares de especies de entre las

más de 100000 descritas en la Naturaleza. Los pocos que se han encontradocon utilidad industrial son apreciados por elaborar alguna sustancia que no sepuede obtener de manera fácil o barata por otros métodos.

1.- Levaduras 

Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para lafabricación de pan y bebidas alcohólicas. La levadura que sin duda fué laprimera y aún hoy en día sigue siendo la más utilizada por el hombrees Saccharomyces cerevisiae de la que se emplean diferentes cepas para lafabricación de cerveza, vino, sake, pan y alcoholes industriales. Kluyveromyces

fragilises una especie fermentadora de la lactosa que se explota en pequeñaescala para la producción de alcohol a partir del suero de la leche. Yarrowia

lipolytica es una fuente industrial de ácido cítrico. Trichosporum

cutaneum desempeña un importante papel en los sistemas de digestiónaeróbica de aguas residuales debido a su enorme capacidad de oxidación decompuestos orgánicos, incluídos algunos que son tóxicos para otras levadurasy hongos, como los derivados fenólicos.

2.- Hongos filamentosos 

Los hongos tienen una gran importancia económica, no tan sólo por su utilidad,sino también por el daño que pueden causar. Los hongos son responsables dela degradación de gran parte de la materia orgánica de la Tierra, una actividadenormemente beneficiosa ya que permite el reciclaje de la materia viva. Porotro lado, los hongos causan gran cantidad de enfermedades en plantas yanimales y pueden destruir alimentos y materiales de los que depende elhombre.

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Los efectos perjudiciales de los hongos están contrarrestados por su utilizaciónindustrial. Los hongos son la base de muchas fermentaciones como lacombinación de soja, habichuelas, arroz y cebada que dan lugar a losalimentos orientales miso, shoyu y tempeh. Los hongos son también la fuente

de muchos enzimas comerciales (amilasas, proteasas, pectinasas), ácidosorgánicos (cítrico, láctico), antibióticos (penicilina), quesos especiales(Camembert, Roquefort) y, evidentemente, de las setas.

3.- Bacterias 

Entre las especies bacterianas de interés industrial están las bacterias delácido acético, Gluconobacter  y Acetobacter  que pueden convertir el etanol enácido acético. El género Bacillus es productor de antibióticos (gramicidina,

bacitracina, polimixina), proteasas e insecticidas. Del género Clostridium cabedestacar Clostridium acetobutylicum que puede fermentar los azúcaresoriginando acetona y butanol. Las bacterias del ácido láctico incluyen, entreotras, las especies de los géneros Streptococcus y Lactobacillus que producenyogur. Corynebacterium glutamicum es una importante fuente industrial delisina. El olor característico a tierra mojada se debe a compuestos volátiles(geosmina) producidos por Streptomyces aunque su principal importanciaradica en la producción de antibióticos como anfotericina B, kanamicina,neomicina, estreptomicina, 

Los microorganismos en la industria alimentaria 

En contra de la idea de que todos los microorganismos son dañinos, losyogures y los quesos son ejemplos de alimentos a los que se añaden éstospara, por ejemplo, agriar la leche y producir yogur, u obtener la cubierta blancacaracterística del queso Brie o el color azul del queso Roquefort. De un tamañomás o menos similar es el sector de frutas y verduras, en el que los productospueden no haber sufrido ninguna alteración o estar enlatados, congelados,refrigerados o fritos.tetraciclina, etc. 

Su uso, se debe a que los microorganismos, al realizar procesos defermentación, liberan moléculas orgánicas al medio donde se desarrollan,algunas de las cuales tienen utilidad para el hombre; es el caso del ácidoláctico (fermentación láctica) y el alcohol etílico y CO2 (fermentaciónalcohólica).Los microorganismos que realizan fermentación láctica ( bacterias y algunos

hongos) son utilizados industrialmente para la obtención del queso y otros

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productos lácteos; los que realizan fermentación alcohólica (levaduras) sonutilizados para la obtención del vino, cerveza y otras bebidas alcohólicas.

Fermentaciones lácticas: fabricación del queso:

La elaboración del queso y otros productos lácteos, como yogurth, cuajada yrequesón, se debe fundamentalmente a las bacterias lácticas (Lactobacillus,Streptococus y Leuconostoc) , que se desarrollan en la leche. Hidrolizan elazúcar de la leche, la lactosa, en glucosa; por fermentación, la glucosa sedegrada liberando energía (los 2 ATP de la glucolisis) y como producto final seobtiene ácido láctico.Las técnicas de fabricación del queso y de las lechesfermentadas son muy antiguas y se cree que nacieron como un medio deconservar la leche, ya que el ácido láctico actúa como un conservante natural,

evitando, por el pH ácido que origina en la leche, que se desarrollen en ellamicroorganismos patógenos. La elaboración del queso se lleva a cabo en tresetapas:

- Adición a la leche de renina, también llamada cuajo, una enzima que seextrae del estómago de los rumiantes. En combinación con el ácido lácticoproducido por las bacterias lácticas, la renina provoca la precipitación de lasproteínas lácticas formando un producto sólido, la cuajada, que se separaposteriormente del componente líquido, el suero lácteo.- Separación de la cuajada del suero mediante un proceso de filtración. Lafiltración se realiza haciendo pasar el suero a través de telas limpias. Acontinuación, se añade sal a la cuajada.- Maduración del queso. Según el tipo de queso, en esta etapa final intervienenotras bacterias responsables del sabor y el olor propios de cada variedad dequeso. En algunas variedades de queso también intervienen hongos, como elPenicilliurn roquefortü responsable del color, olor y sabor característicos delqueso de roquefort.

Fermentaciones alcohólicas:

Se basan en la acción de levaduras (hongos unicelulares) sobre materialesricos en glucosa. Estas levaduras degradan la glucosa a alcohol etílico,liberando CO2. Esta degradación proporciona a las levaduras energía (los 2 ATP de la glucosilis)

Fabricación del vinoEl vino es un producto que se obtiene de la fermentación alcohólica del zumode uva, realizada por levaduras (Sacharomyces ellipsoideus) que están en la

superficie de las uvas. La elaboración del vino implica los siguientes procesos:

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Se inicia triturando las uvas en una máquina hasta obtener un zumo rico englucosa y fructosa llamado mosto. El mosto se trasvasa a grandes cubas, quepueden ser de madera , de acero o de cemento y se espera unos días a quelas levaduras degraden la glucosa de la uva en alcohol etílico. El CO2 liberado

en la fermentación se evapora o se elimina artificialmente, excepto en el casode algunos vinos espumosos. Posteriormente, el vino se traslada a cubas desedimentación donde precipita un residuo orgánico (orujo). El vino decantadocontinúa la fermentación algún tiempo más; para aclararlo, es decir, paraeliminar la turbidez que puede tener debido a ciertos componentes, se provocasu precipitación y luego se filtra el vino. A continuación el vino se trasvasa acubas de roble para su envejecimiento, que tiene como finalidad que el vinoadquiera ciertas características de color, aroma y sabor; este proceso puededurar años, como es el caso de algunos tipos de vinos.

Fabricación de la cerveza:

Requiere un proceso más complicado desde el punto de vista tecnológico, yaque implica la obtención previa de la malta: se llama así a los granos decebada germinados, que se tuestan y a continuación se muelen. A estematerial, rico en glucosa, se le añaden levaduras (Sacharomyces cerevisiae),que desarrollarán una fermentación alcohólica. El sabor amargo de la cervezase obtiene añadiéndole las flores de lúpulo y el color que caracteriza a cadatipo de cerveza se obtiene tostando más o menos la malta.

Fabricación del panEs un proceso que se realiza desde la antigüedad. Los microorganismos queintervienen en la fabricación del pan son las mismas levaduras que se usan enla obtención de la cerveza (Saccharomyces cerevisiae); de hecho, se obtienenindustrialmente como un subproducto en la fabricación de la cerveza. Laelaboración del pan consiste en mezclar, en un primer paso, harina, agua, sal ylevadura. Al entrar en contacto con el agua, las enzimas amilasas presentes enla harina se activan e hidrolizan el almidón liberando glucosa que esfermentada por la levadura. El CO2 resultante queda atrapado en el interior dela masa y forma un gran número de pequeñas burbujas que determinan elaspecto esponjoso de la misma. La cocción de la masa elimina el etanolproducido en la fermentación y destruye las células de levadura. Así mismo,tiene lugar una reducción importante en el contenido de agua.

Los microorganismos en la industria farmacéutica 

La industria farmacéutica ha utilizado siempre diferentes organismos para

obtener medicamentos. Actualmente se realizan campañas de experimentación

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de productos obtenidos a partir de diferentes seres de los océanos o de lasselvas. Uno de los peligros de la pérdida de la biodiversidad es quedesaparezcan organismos que podrían proporcionarnos nuevos remedioscontra diferentes enfermedades.

Los medicamentos más importantes producidos por microorganismos son losantibióticos, sustancias químicas que matan o inhiben el crecimiento de otrosmicroorganismos y que han reducido la peligrosidad de muchas enfermedadesinfecciosas.Los antibióticos comercialmente útiles están producidos, sobre todo, porhongos filamentosos y por algunas bacterias. Algunos antibióticos inhiben lasíntesis de la pared celular de las bacterias: es el grupo de las penicilinas.Otros interfieren en la síntesis de proteínas de las bacterias; entre ellosdestacan la estreptomicina y las tetraciclinas. La investigación de los

antibióticos se centra ahora en comprender su mecanismo de acción paraconstruir derivados artificiales que sean más eficaces. Este tipo de antibióticosse denominan “antibióticos semisintéticos”. En esta tarea de diseñar

medicamentos se utilizan métodos de simulación por ordenador que permitenpredecir la eficacia de una determinada molécula. Una vez identificado uncompuesto prometedor, hay que sintetizarlo y ensayarlo clínicamente.En la siguiente relación vemos algunos de los antibióticos más habituales, suespectro de utilización y su modo de acción:

 Ampicilina: Bacterias gram + y gram -. Interfiere síntesis de paredcelular.Bacitracina: Bacterias gram +. Interfiere síntesis de pared celular.Cefalosporina C: Bacterias gram +. Interfiere síntesis de pared celular.Penicilina G: Bacterias gram +.Interfiere síntesis de pared celular.Cloranfenicol: Amplio espectro. Interfiere síntesis de proteínas.Tetraciclina: Amplio espectro. Interfiere síntesis de proteínas.Estreptomicina: Bacterias gram + y gram -. Interfiere síntesis de proteínas.Eritromicina: Bacterias gram + y Rickettsias. Interfiere síntesis deproteínas.La producción de vitaminas ocupa un segundo puesto en las ventas totales delas industrias farmacéuticas. Algunas vitaminas se sintetizan artificialmente; sinembargo, otras (B12, riboflavina) son demasiado complicadas para su síntesisquímica y se obtienen a partir de cultivos de microorganismos.

En la actualidad comienza a utilizarse un gran número de bacterias obtenidaspor ingeniería genética para producir proteínas de utilidad farmacéutica. Porejemplo, antes las personas diabéticas debían inyectarse insulina procedentede animales, lo que provocaba algunos casos de alergia. Hoy se transfiere el

gen humano de la insulina a cepas de bacterias para que la produzcan en gran

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cantidad en fermentadores. Análogamente se fabrican hemoglobina, factoresde coagulación sanguínea, hormona de crecimiento o interferones; y seinsertan en bacterias genes de virus para que produzcan grandes cantidadesde proteínas víricas que luego sirven como vacunas. En investigación básica,

utilizando estas técnicas podemos estudiar, incluso, las proteínas minoritariasde las células.La enorme cantidad de dinero que se mueve en el ámbito de los medicamentosy la farmacia ha desarrollado un gran interés por este campo de labiotecnología. Con ello se ha popularizado el concepto de “patente génica”  porel que los investigadores o corporaciones biomédicas registran susdescubrimientos para poder comercializarlos en exclusiva durante un tiempo yasí amortizar sus enormes también inversiones. Más allá de la lógica delproceso económico, esta práctica puede llevar a incrementar las desigualdades

entre países más desarrollados y otros más pobres, que no podrían acceder atodos los recursos farmacéuticos.

Los microrganismos en la industria química 

La biotecnología y la industria del papel:

La utilización de tecnologías enzimáticas en la industria de pulpa y papel tieneamplias perspectivas a futuro; en la medida que se avance en lasinvestigaciones, su incorporación puede traer aparejado importantes beneficiosen cuanto a mejoras en productos y procesos; reducción de costos ydisminución del impacto ambiental (menores requerimientos de energía yquímicos)Las aplicaciones más frecuentes se dirigen a:▫ La reducción del uso de agentes químicos contaminantes en la etapa de pre

blanqueo. (xilanasas)▫ Blanqueamiento de pulpa. (xilanasas; celulasas) ▫ Reciclado de fibras. (endoglucanasas para mejorar la velocidad de drenaje defibras recicladas; celulasas para incrementar la densidad de la hoja de papel yreducir su rusticidad; alfa amilasas para mejorar las propiedades del drenaje ypara el destintado de fibras recicladas, etc.).▫ La disminución de residuos y contaminantes en el proceso de reciclado.(esterasas para el control de stickies, amilasas y proteasas para la remocióndel lodo; lipasas para controlar la acumulación de lodo).▫ Modificación de fibras. (celulasas para incrementar la flexibilidad de las fibras,celulasas, xilanasas y lacasas para incrementar la densidad de las hojas, etc.)▫ Tratamiento de efluentes de la industria (enzimas y biodispersantes) • La

biotecnología y el medio ambiente

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Las biotecnologías pueden cumplir un importante rol en el cuidado delambiente desde sus posibilidades de prevenir y remediar los problemasambientales derivados de las actividades productivas.- Tecnologías más limpias. Las “biotecnologías blancas” buscan reemplazar las

tecnologías contaminantes en procesos industriales disminuyendo a la vez laemisión de residuos. Por ejemplo, las tecnologías enzimáticas permitenreemplazar o reducir la utilización de sustancias químicas agresivas con elambiente en procesos mas limpios y seguros.- Biorremediación. Consiste en la utilización de microorganismos, enzimas,hongos o plantas especializados capaces de degradar deshechos peligrosospara remover los contaminantes orgánicos (efluentes y residuos sólidosdomésticos e industriales, petróleo, pesticidas, etc.), inorgánicos (mercurio,plomo, cobre, cianuros, etc.) y gaseosos (metanos, compuestos volátiles, etc.)

del medio ambiente. A partir de la modificación genética es posible incrementarsu capacidad de degradación de los contaminantes.

La biotecnología y la energía:

Un área de gran relevancia y rápido desarrollo de la biotecnología es laproducción de energía a partir de recursos renovables (biomasa) para generarfuentes de energías limpias, base de un desarrollo sustentable.Entre los combustibles de origen biológico se encuentran:▫ Bioetanol. El bioetanol se obtiene a partir de la fermentación de la biomasa.

La producción biotecnológica de etanol se basa en la acción fermentativa delas levaduras sobre un sustrato adecuado. Se ha empleado la ingenieríagenética para obtener microorganismos más productivos y tolerantes al etanol,o capaces de fermentar diferentes materias primas.▫ Biodiesel.  El biodiesel se produce por transformación química de aceitesvegetales. El biodiesel es un combustible formado por ésteres (etílicos ometílicos) producidos a partir de la reacción química entre aceites vegetales yel alcohol. El biodiesel puede usarse sólo o mezclado con biodieselconvencional.▫ Biogas. El gas producido por la digestión microbiana de la materia orgánicaen un biorreactor (o biodigestor) pueden ser utilizado como fuente de energíatérmica, eléctrica o como combustible para transporte automotor. El procesofermentativo (biodigestión) se desarrolla sobre residuos rurales, agro-industriales, domésticos, municipales y sobre plantas. Una vez finalizado elproceso de biodigestión, el biogas puede usarse directamente o almacenarsetanto para consumo doméstico como para generar energía eléctrica. Tambiénpuede purificarse y ser almacenado para su utilización en el encendido demotores de automóviles.

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La biotecnología y la química:

La biotecnología se puede utilizar para reemplazar la síntesis química pormicroorganismos capaces de realizar la secuencia de reacciones necesarias

entre el sustrato y el producto final. La fermentación es utilizada corrientementeen procesos de producción farmacéutica, agroquímica, de aditivos alimentarios,aminoácidos, vitaminas y enzimas. Además, el mejoramiento de las cepasindustriales por ingeniería genética permite aumentar la eficiencia de losprocesos biotecnológicos y obtener productos nuevos.Los biotecnólogos han focalizado su atención sobre productos clásicos de laindustria química como los plásticos. Los plásticos convencionales representanun problema ambiental desde el momento en que son obtenidos a partir decombustibles fósiles y no son biodegradables. Por esto la búsqueda se ha

orientado al desarrollo de plásticos biodegradables a partir de materias primasrenovables, derivadas de plantas y bacterias (plásticos a partir de almidón,bacterias o plantas modificadas genéticamente).

Para finalizar este blog, a continuación se muestra una tabla con los principalesmicroorganismos utilizados en todas las industrias:

Bebidas alcohólicasVinos

Cervezas Saccharomyces Etanol Etanol industrial

 Ácido láctico Lactobacillus 

Productos lácticos

Leches fermentadasQuesos

Bacterias lácticasEmbutidos

Vegtales fermentados

 Ácido acético Vinagre  Acetobacter  

 Ácido cítrico  Aspergillus 

 Ácido propiónico Quesos emmental Propionibacterium 

 AminoácidosL – Glutámico

L – LisinaCorynebacterium 

 Antibióticos

β – lactámicosTetraciclinasPeptídicos

 Aminoglicósidos

Penicilium Streptomyces 

Bacillus Streptomyces 

 Alcaloides Ergotamina Claviceps Pigmentos Astaxantina Phaffia 

Polisacáridos

Dextrano

Xantano

Leuconostoc   Xanthomonas 

Bioplásticos Polihidroxialcanatos  Alcaligenes 

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Vitaminas B12Riboflavina

Pseudomonas  Ashbya 

Transformación deesteroides

Floriduras Streptomyces 

Depuración de aguasresiduales Fangos activos Bacterias aerobiasProtozoos

Depuración de materiaorgánica

semisólidaBiodigestión anaerobia

Bacterias anaeróbicas Arqueas

MetanógenesBiodegradación de

xenobióticosBiodegradación de

hidrocarburosPseudomonas 

Biosensores Análisis de glucosa  Aspergillus 

BioensayosTests de Toxicidad

ambientalPhotobacterium 

Tests mutagénicos Test de Ames Salmonela 

Microorganismosunicelulares

Levadura de panificación Saccharomyces Proteína unicelular

bacterianaMethylophilus 

Proteína unicelular delevaduras

Candida 

MicroalgasChlorella 

Scenedesmus Spirulina 

Esporas bacterianas Bioinsecticidas Bacillus 

Biomasa fúngica Proteína unicelularfúngica Paecilomyces Cultivo de setas Morchella 

Enzimas Amilasas AspergillusProteasas Bacillus

Hormonas Insulina humana EscherichiaOtras proteínas Interferón humano Escherichia