microbiología y biotecnología

Microbiología

&

biotecnología

Los microorganismos son seres

vivos que por su reducido

tamaño sólo son visibles con el

microscopio. Es un concepto muy

heterogéneo, tanto por el

tamaño y la organización de sus

células, como por sus

características funcionales y

evolutivas, o por el medio en que

viven.

Los microorganismos están

representados en cinco grupos de

seres

La microbiología estudia un conjunto

heterogéneo de organismos que

tienen en común las siguientes

características:

-Su tamaño microscópico.

-Su capacidad para desarrollar

todas las funciones vitales como

células individuales o agrupaciones

simples de células.

-La metodología empleada para su

estudio.

Son organismos dotados de extraordinaria simplicidad, pertenecen a un nivel de organización subcelular, y marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte. No se nutren no se relacionan, carecen de metabolismo propio y para reproducirse utilizan la maquinaria metabólica de las células a las que parásita.

Está formado básicamente por un ácido

nucleico ADN o ARN, nunca los dos juntos. El

ácido nucleico consta de una sola cadena, ya

sea abierta o circular, la cual a su vez puede

ser monocatenaria o bicatenaria.

La cápsida o cubierta de naturaleza proteica

que rodea al ácido nucleico y que está

formada por muchas subunidades llamadas

capsómeros, puede ser:

poliédrica, helicoidal o formando una

estructura más compleja.

Envoltura membranosa, algunos virus

poseen por fuera de la cápsida una

membranosa, que es un fragmento de la

célula en la que se reprodujo.

Ciclos de vida:

Ciclo lítico

y

Ciclo lisogénico

CICLO LÍTICO

La célula infectada muere por rotura al

liberarse las nuevas copias virales. Tiene varias

fases:

Fijación del virus a la bacteria: el bacteriófago

fija su cola a receptores específicos de la

pared de la bacteria donde una

enzima, localizada en la cola del

virus, debilita los enlaces de las moléculas de

la pared.

Inyección en la bacteria de su material

genético: el fago contrae la vaina helicoidal, lo

que provoca la inyección del contenido de la

cabeza (ADN del virus) a través del eje tubular

de la cola del fago, quedando fuera la cápsida.

Replicación de este material genético del

virus en el interior de la bacteria:

comienza a desarrollar su material

genético a expensas de la célula huésped

transcribe su ADN a ARNm y dirige la

síntesis de enzimas necesarios para su

duplicación , utilizando

nucleótidos, aminoácidos, ribosomas y

energía de la bacteria. Como resultado

de esta actividad se forman numerosas

copias ácido nucleico vírico, rompiéndose

el ADN de la bacteria en pequeños trozos

por la acción de una enzima vírica.

Síntesis de las proteínas de las que forman sus

cápsidas: a partir del ARNm se empiezan a

fabricar las proteínas de la cápsida, la cabeza

y la cola.

Ensamblaje del ácido nucleico y la cápsida: se

unen los capsómeros para formar la cápsida y

el ácido nucleico penetra en ella, dando lugar

a nuevos virus (de 50 a 200 fagos por células

infectadas).

Lisis de la célula bacteriana y salida de fagos

dispuestos a infectar una nueva bacteria: los

nuevos virus provocan la rotura enzimática de

la pared bacteriana y la muerte de la bacteria.

Los virus liberados inician la infección de otras

bacterias.

CICLO LISOGÉNICO

La infección se inicia como en el caso de

la “lisis” , pero una vez que el ácido

nucleico del virus penetra en la

bacteria, se integra en el cromosoma

bacteriano (este fago se llama profago)

y se replica previamente con el ADN de la

bacteria. El ADN del profago puede

permanecer en forma latente varias

generaciones de la bacteria, hasta que un

estímulo (rayo V, aumento de la

temperatura…) induzca la separación del

profago que iniciará un ciclo lítico típico.

Mientras la célula posea el ADN

profago será inmune frente a

infecciones de este mismo virus.

Otros virus que no son bacteriófagos

pueden también tener ciclos

lisogénicos. Los fagos capaces de

actuar como fuente de variabilidad

genética se llaman fagos atenuados

o atemperados, y a las bacterias que

poseen ADN aportado por el fago se

denominan bacterias lisogénicas.

Son microorganismos con una

organización celular

procariota. Son células muy

sencillas, carecen de núcleo y

tampoco presentan orgánulos

en el citoplasma. Son

organismos unicelulares y se

encuentran en todos los

ecosistemas.

Características celulares:

-Cápsula, capa gelatinosa de naturalezaglucoproteica, rodea por la parte externa a algunas bacterias.

-Pared bacteriana, es una envoltura rígida y fuerte que da forma a las células bacterianas. Existen dos tipos: la Gram+ y la Gram-.

-Membrana plasmática, es una envoltura que rodea al citoplasma bacteriano.

-Mesosomas, prolongaciones internas de la membrana plasmática.

-Citoplasma, medio celular limitado por

las membranas, muy semejante al de la

célula eucariota.

-Ribosomas 70s, son orgánulos

globulares, formado por dos

subunidades, pueden estar libres o

asociados.

-Inclusiones, son gránulos de reserva, en

época de abundancia, o bien son residuos

de su metabolismo.

-Cromosoma (nucleoide), formado por

una molécula de ADN circular y doble no

asociado a histonas.

-Plásmido o episoma, cromosoma

accesorio de pequeño tamaño que replica

de manera independiente al ADN

bacteriano.

-Pilis, filamentos proteínicos derivados

de la pared que funcionan como

estructuras de fijación.

-Flagelos, son prolongaciones cuya

longitud es varias veces la de la bacteria.

-Cromatóforos, se localizan en las

bacterias fotosintéticas, y contienen las

enzimas y pigmentos necesarios para la

fotosíntesis.

Características funcionales:

-Función de relación. Muchas bacterias tienen movilidad, ya sea por flagelos, contracción o reptación, acercándose o alejándose de los estímulos ambientales. Pueden responder también modificando su metabolismo adaptándolo a las condiciones concretas. Si el ambiente es desfavorable originan formas de resistencia conocidas como endosporas, formas de vida latente protegidas por una gruesa membrana, capaces de resistir condiciones extremas. Cuando el ambiente es favorable, germinan y originan

-Función de reproducción:

„Reproducción asexual, las bacterias

se reproducen por bipartición. El

ADN (cromosoma bacteriano) se une a

un mesosoma y se duplica.

Posteriormente, la membrana

plasmática se invagina y se produce

un tabique de separación, lo que da

lugar a dos células hijas, cada una

de ellas con una réplica exacta del

cromosoma de la célula madre.

„Reproducción parasexual, conjunto

de mecanismos mediante los cuales

intercambian información genética

con otras bacterias, sean o no de la

misma especie. Una vez introducido el

fragmento de ADN, es generalmente

estabilizado al ser incorporado al

cromosoma bacteriano. Existen tres

procesos de intercambio genético:

conjugación, transducción y

transformación.

*Conjugación, es un proceso en el cual una

bacteria (donadora), a través de los “pilis”

transmite ADN a otra bacteria (receptora).

Existen dos tipos de bacterias donadoras: la F+

y la Hfr (alta frecuencia de recombinación). La

bacteria receptora se conoce por F- .

*Transducción, en este caso la transferencia de

material genético de una bacteria a otra, se

realiza a través de un virus bacteriófago que

por azar lleva un trozo de ADN bacteriano y se

comporta como un intermediario entre las

dos bacterias. El virus, al infectar a otra

bacteria, le puede transmitir parte del

genoma de la bacteria anteriormente

infectada.

„Transformación, se produce cuando una bacteria capta fragmentos de ADN de otra bacteria rota que esta libre en el medio, atraviesa la membrana celular de la bacteria cambiando con ello la información genética de ésta.

-Función de nutrición, las bacterias colonizan todos los ambientes, por lo que presentan todas las formas conocidas de nutrición y metabolismo. Algunas especies pueden incluso poseer dos tipos de metabolismos diferentes que utilizan facultativamente, dependiendo de la abundancia nutritiva del medio.

Según la forma de conseguir materia orgánica se dividen en:

Autótrofas. Producen materia orgánica a partir de materia inorgánica ingerida y la energía captada del ambiente, por ello también se denominan litótrofas.

Heterótrofas. Ingieren materia orgánica extrayendo de ella la energía.

Según la fuente de energía que utilizan las bacterias pueden ser:

Fotosintéticas. Si usan la energía luminosa.

Quimiosintéticas. Si utilizan la energía que desprenden ciertos compuestos al oxidarse.

Clasificación metabolica de las bacterias:

-Organismos fotolitótrofos, son

organismos fotosintéticos, ya que

obtienen energía química (ATP) a partir de

energía luminosa, y son litótrofos

porque su fuente de carbono es el CO2.

-Organismos quimiolitótrofos, son

quimiosintéticos, ya que obtienen energía

química (ATP) a partir de la energía que

se desprende en reacciones de oxidación

de sustancias inorgánicas, y litótrofos, ya

que su fuente de carbono es el CO2.

-Organismos fotoorganótrofos o

fotoheterótrofos. Son organismos

fotosínteticos, organótrofos por obtener

el carbono a partir de sustancias

orgánicas.

-Organismos quimioorganótrofos o

quimioheterótrofos. Obtienen la energía

química (ATP) a partir de la energía que se

desprende en las reacciones de oxidación

de compuestos orgánicos, es

decir, mediante procesos catabólicos.

Existen dos tipos de catabolismo: la

respiración y la fermentación. Son

organótrofos, ya que obtienen el carbono

a partir de materia orgánica.

Hay tres tipos de

microorganismos eucariotas, los

protozoos (heterótrofos y sin

pared celular), las algas

microscópicas (autótrofos y con

pared celular de celulosa) y los

hongos microscópicos

(heterótrofos y con pared

celular de quitina).

Hongos microscopicos

Los hongos son organismos unicelulares

(levaduras) o pluricelulares

(mohos), eucariotas. Tienen nutrición

heterótrofa (necesitan para su nutrición

sustancias orgánicas ya elaboradas); la

mayoría son saprofitos, por lo que se

alimentan de materia en descomposición; de

ahí su relevancia dentro del ciclo de la

materia. También aparecen individuos

parásitos (producen enfermedades en el

hombre y otros animales y vegetales) y otros

simbiontes como los que forman los líquenes.

Las células de los hongos suelen presentar

una pared formada por quitina.

Protozoos

Los protozoos son microorganismos

eucariotas, unicelulares, heterótrofos, sin pared

celular. La mayoría son de vida libre en medios

acuáticos o húmedos, aunque algunos se han

adaptado al parasitismo en animales y vegetales

produciendo enfermedades, o simbiosis con ellos.

Toman la materia orgánica en disolución por

pinocitosis o en estado sólido por fagocitosis.

Predominan las formas móviles, mediante

cilios, flagelos o seudópodos.

Se reproducen asexualmente por bipartición y

sexualmente, normalmente por conjugación.

Pueden originar estructuras muy

resistentes, llamadas quistes, con las que

sobreviven en condiciones adversas.

Algas microscopicas

Las algas microscópicas, al igual que los

protozoos, están incluidas dentro del Reino de los

Protoctistas. Estos individuos se caracterizan por ser

autótrofos, fotosintéticos; presentan clorofila y

otros pigmentos como carotenos. Realizan la mayor

parte de la fotosíntesis de la Tierra siendo el

primer eslabón de las cadenas tróficas de los

ecosistemas acuáticos, liberando grandes cantidades

de oxígeno a la atmósfera.

La estructura celular está rodeada por una pared de

celulosa. Las algas unicelulares suelen presentar

flagelos para realizar su desplazamiento. Forman

parte importante del plancton.

La forma de reproducción puede ser asexual, por

bipartición, o sexual. En algunos grupos la

reproducción sexual se realiza cuando las

condiciones del medio son desfavorables.

La mayoría de los microorganismos

son inocuos para los demás seres

vivos. Muchos de ellos incluso se han

adaptado a las condiciones especiales

que tienen los tejidos de los

animales, viviendo en ellos, en su

piel, en sus conductos digestivos o

respiratorios; son la denominada

microbiota normal. Sin embargo, los

microbios más conocidos son aquellos

que producen enfermedades

infecciosas en las plantas, en los

animales y en la especie humana; estos

son los microorganismos patógenos.

El grado de patogenidad se

denomina virulencia y se

mide, generalmente, por el número

de microorganismos necesarios para

desarrollar la enfermedad. Hay

microorganismos que normalmente

no son patógenos pero pueden serlo

cuando disminuyen los mecanismos

defensivos de un animal: son los

microorganismos oportunistas

Beneficiosas

Las superficies corporales expuestas

ofrecen un ambiente propicio, rico en

nutrientes, para el crecimiento de algunos

microorganismos. La microbiota normal

se localiza principalmente en la piel, la

cavidad oral y los tractos respiratorio,

intestinal y genitourinario. Cuando el

individuo está sano y sus defensas son

altas, estos microorganismos no tienen

efectos negativos sino que compiten con

otras bacterias que sí pueden tener un

efecto patógeno, evitando así su

proliferación.

Perjudiciales

Para crecer a expensas de un organismo

hospedador y causar una enfermedad, los

patógenos desarrollan una serie de

estrategias específicas gracias a las cuales

penetran en los tejidos, se adhieren a ellos

y consiguen eludir el sistema de

defensas, invadir las células y

multiplicarse.

Los microorganismos potencialmente

patógenos pueden transmitirse hasta el

hospedador por diversos mecanismos:

Por contacto directo con un foco de

infección (a través de superficies

corporales: piel y mucosas).

Por inhalación de agentes patógenos

contenidos en la tos, los estornudos o

gotitas en suspensión en el aire

(transmisión por vía aérea).

Por ingestión de microorganismos

patógenos del tracto intestinal que se

excretan por las heces y pueden

contaminar el agua o los alimentos.

Directamente, atravesando las barreras

corporales a través de heridas o

inyecciones, por la picadura de

organismos vectores (insectos

chupadores, chinches)

Enfermedades producidas por

microorganismos

Las enfermedades pueden ser

clasificadas atendiendo al caos

producidos o al área de distribución

en:

Epidemia, cuando la enfermedad

infecciosa afecta a un número

elevado de la población en un

tiempo corto. Suelen producir un

gran número de muertes. Un ejemplo

es la Viruela o la gripe.

Endemia, si la enfermedad afecta a las

personas de una determinada

región, en una época dada. No suele

producirse un gran número de casos. La

malaria es un ejemplo de endemia, se

produce en zonas tropicales y en

épocas de lluvia.

Pandemia, son epidemias que afectan a

un gran número de individuos en poco

tiempo y en una región muy grande. Por

ejemplo en la segunda mitad del siglo

XX el sida constituyó una de las

principales pandemias.

En la investigación las bacterias han

sido esenciales. Su utilidad se

remonta a los trabajos del

bacteriólogo inglés F. Griffith

(1928), quien a partir de las bacterias

que causan la neumonía

(Pneumococcus) aportó la primera

evidencia para demostrar que el

ácido desoxirribonucleico (ADN) era

la sustancia portadora de la

herencia y de los rasgos

estructurales y funcionales de un

individuo.

Este fenómeno, hoy conocido como

transformación genética bacteriana

(introducción de ADN extraño a una

célula), fue esencial para identificar

al ADN como el responsable de que

la virulencia de las bacterias

muertas fuera transferida a las no

virulentas vivas y de que esta se

heredara de una generación a otra.

Esto revela la utilidad de los

microorganismos en diversos

hallazgos que marcaron

importantes avances científicos.

Así, el trabajo de Griffith fue crucial

para el posterior descubrimiento

del ADN y de su estructura, y

estableció la base para el

surgimiento de la genética

molecular que posteriormente

permitió eventos como el

desciframiento del genoma humano

o la obtención de plantas

transgénicas con el uso de

Agrobacterium tumefaciens, una

bacteria que se encuentra en casi

todos los suelos del mundo.

En la industria:

-Alimentaria. Algunos intervienen en la

fabricación de productos

alimenticios, como derivados lácteos

(queso, yogurt), muchos artículos de

panadería y muchas bebidas

alcohólicas, se fabrican utilizando

levaduras.

-Química. Muchos productos de uso

industrial son producidos por

microorganismos y se emplean como

disolventes, lubricantes, conservantes, co

lorantes, potenciadores de sabores y

aromas, etc.

-Farmacéutica. La obtención de

productos farmacológicos más

puros y baratos constituye uno de

los campos de aplicación de la

biotecnología que más progresos ha

experimentado en las últimas

décadas. Gran parte de la

producción industrial farmacéutica

se centra en la obtención de vacunas

y antibióticos nuevos.

La biotecnología es una disciplina

que engloba conocimientos de

microbiología, bioquímica, genética

molecular, ingeniería

industrial, inmunología, farmacologí

a, ciencias medioambientales e

informática. Estos conocimientos se

aplican para transformar una

sustancia en un producto de interés.

Esta transformación se realiza por

la acción de un ser vivo.

Las aplicaciones según ha avanzado

la microbiología, se ha descubierto

que bastantes microorganismos

pueden producir diferentes

compuestos de interés industrial, y

se han podido seleccionar estirpes o

modificarlas genéticamente para

aumentar su rendimiento y eficacia.

En la investigación ,los microorganismos

transgénicos son una herramienta de

fundamental importancia en investigación.

La introducción en bacterias de plásmidos

que contienen un gen concreto a estudiar se

realiza de forma rutinaria en los

laboratorios, ya sea con el objeto de tener

un stock de dicho gen (mediante el

crecimiento de colonias que permiten tener

gran cantidad de células que lo contienen) o

para expresar una proteína de interés. Estas

bacterias transgénicas ayudan a los

científicos a entender mejor algunos

procesos bioquímicos, la regulación de

genes y su función.

En la industria, los microorganismos

modificados genéticamente se emplean en la

industria alimentaria para producir

aditivos alimentarios como edulcorantes

artificiales y aminoácidos con el propósito

de incrementar la eficiencia y reducir su

coste. Otros productos de estos

microorganismos son enzimas

recombinantes que se emplean en

panadería, producción de

cerveza, producción de queso (por

ejemplo, quimosina). También se aplican en

procesos de fermentación, como por

ejemplo el empleo de levaduras

transgénicas para desarrollar el sabor y

En la medicina, se han desarrollado bacterias

E.Coli capaces de producir insulina

humana, imprescindible para pacientes diabéticos.

Antes del empleo de bacterias transgénicas, la

insulina se obtenía de vacas y cerdos, pero, como su

estructura difería ligeramente de la variedad

humana, en algunos casos provocaba una reacción

alérgica. Las bacterias transgénicas han eliminado

este problema. Así mismo, la levadura

Saccharomyces cerevisiae se ha modificado

genéticamente para obtener insulina humana.

También se han desarrollado bacterias

transgénicas para producir la hormona del

crecimiento, que se emplea para tratar a niños con

enanismo. Otros usos en medicina de los

microorganismos transgénicos son la producción

de vacunas, anticuerpos, …

Fin

Virginia Molina González