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MICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIAMICROBIOLOGIAAPLICADAAPLICADAAPLICADAAPLICADA

07/08/2008 Universidad de la Empresa UDE

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Ing. Agr. Alfredo O. Silva-Rodríguez

Curso de Microbiología Aplicada

• El curso se ha diseñado para que los alumnoscomprendancomprendancomprendancomprendan elelelel papelpapelpapelpapel dededede loslosloslos microorganismosmicroorganismosmicroorganismosmicroorganismos en losdiferentes procesos que se llevan a cabo en lasEmpresasEmpresasEmpresasEmpresas AgropecuariasAgropecuariasAgropecuariasAgropecuarias.

Objetivos del curso :


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• El alumno tenga los elementoselementoselementoselementos dededede conocimientoconocimientoconocimientoconocimiento que lepermitanpermitanpermitanpermitan interpretarinterpretarinterpretarinterpretar los procesos de naturaleza biológicaen el transcurso de su actividad profesional.

• Una vez conocidosconocidosconocidosconocidos esosesosesosesos procesosprocesosprocesosprocesos, el alumno sepa tomardecisiones para direccionardireccionardireccionardireccionar correctamentecorrectamentecorrectamentecorrectamente cada procesohacia un resultado beneficioso y productivo.


PROGRAMA Unidades Temáticas

1.1.1.1. El Universo Microbiano El Universo Microbiano El Universo Microbiano El Universo Microbiano inserto en una Empresa Agropecuaria o Agroindustrial. Presentación y Descripción de escenarios donde ocurren Procesos Biológicos de interés. 1 clase


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2.2.2.2. Grupos microbianosGrupos microbianosGrupos microbianosGrupos microbianos: descripción de diferentes grupos de microorganismos y su rol en los procesos biológicos en estudio. 1 clase

3.3.3.3. Ambiente y NutriciónAmbiente y NutriciónAmbiente y NutriciónAmbiente y Nutrición: se describirán los diferentes escenarios bajo estudio desde el punto de vista de las exigencias en factores físico-químicos y nutricionales y las situaciones en que estos procesos puedan verse afectados. 1 clase



4.4.4.4. Relaciones Suelo y MicroorganismosRelaciones Suelo y MicroorganismosRelaciones Suelo y MicroorganismosRelaciones Suelo y Microorganismos. Actividades biológicas vinculadas a la Materia Orgánica. Humicación, Abonos verdes, Rastrojos, Compostaje. 3 clases

5.5.5.5. Relaciones Planta Relaciones Planta Relaciones Planta Relaciones Planta ---- Microorganismos:Microorganismos:Microorganismos:Microorganismos:


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5.5.5.5. Relaciones Planta Relaciones Planta Relaciones Planta Relaciones Planta ---- Microorganismos:Microorganismos:Microorganismos:Microorganismos:– Actividades biológicas vinculadas a la nutrición y sanidad de

las plantas: Fijación biológica del nitrógeno. Simbiosis micorriticas. Promoción de crecimiento, Inducción de resistencia.

– Actividades biológicas asociadas a planta cosechada y grano: Ensilaje y Henificación, calidad de granos y acondicionamiento.

5 clases



7.7.7.7. Relaciones Microorganismo Relaciones Microorganismo Relaciones Microorganismo Relaciones Microorganismo ---- MicroorganismoMicroorganismoMicroorganismoMicroorganismo, Microorganismo - Insectos: Competición, amensalismo, etc. Control Biológico de plagas y Enfermedades. Microbiología del Rumen. 2 clases

8.8.8.8. Tratamientos de efluentesTratamientos de efluentesTratamientos de efluentesTratamientos de efluentes de la actividad agropecuaria o de la Industria a través de la actividad microbiana. Producción de


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8.8.8.8. Tratamientos de efluentesTratamientos de efluentesTratamientos de efluentesTratamientos de efluentesIndustria a través de la actividad microbiana. Producción de Biogás. 1 clase

9. Trabajos en Grupo: presentación y discusión. 2 clases

Duración del curso : 16 semanasEvaluaciones : 2 pruebas parciales (51 puntos c/p) o 1 examen final.

Curso de Microbiología Aplicada INTRODUCCIÓN E HISTORIA DE LA MICROBIOLOGÍA

• La microbiología es el estudio de los microorganismos, de subiología, su ecología y, en nuestro caso, sus aplicaciones.

• Esta definición hace necesaria la de tres conceptos que seincluyen en ella:


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incluyen en ella:a) microorganismo, b) biología y c) ecología.

• Por otra parte, en el caso de la microbiología de alimentos laexpresión:

"aplicación de los microorganismos" también debe ser aclarada.


• A) Por microorganismomicroorganismomicroorganismomicroorganismo entendemos cualquierorganismo vivo que no sea visible a simple vista.

• Esta definición queda desbordada cuando secomprueba que organismos estructuralmentesimilares a los que no son observables a simplevista, pueden tener tamaños macroscópicos .


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vista, pueden tener tamaños macroscópicos .

• Así, los hongos, tanto los inferiores como lossuperiores se estudian, para ciertos aspectos,dentro de la microbiología.


• Por otra parte, organismos pluricelulares detamaño pequeño son estructuralmente tancomplejos como cualquier animal superior.


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• Nos centraremos principalmente enbacterias, hongos y virus.


• B) Dentro de la biología de losmicroorganismos que estudiaremosharemos especial hincapié en tresaspectos:

b.1 su estructura,


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b.1 su estructura,

b.2 su metabolismo y

b.3 su genética.


• B.1 LaLaLaLa estructuraestructuraestructuraestructura de los microorganismoscondiciona de forma muy importante sumetabolismo.

• B.2 ElElElEl metabolismometabolismometabolismometabolismo es el conjunto dereacciones de utilizaciónutilización dede loslos alimentosalimentos y de

ElElElEl metabolismometabolismometabolismometabolismoreacciones de utilizaciónutilización dede loslos alimentosalimentos y deproducciónproducción dede energíaenergía que permiten a losmicroorganismos: crecer, multiplicarse y,como consecuencia:

• alterar el ambiente en el que seencuentran.


• BBBB....3333 LaLaLaLa genéticagenéticagenéticagenética nos permitirá conocer elproceso que permite el desarrollo de unmicroorganismo con una morfología y unmetabolismo determinado (herencia ) y se


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metabolismo determinado (herencia ) y seagregan efectos del ambiente.


La ecología microbiana

• estudia cómo se relaciona unmicroorganismo con el ambiente que lerodea,


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rodea,• Como utiliza los nutrientes que encuentra

y produciendo desechosdesechosdesechosdesechos quequequeque alteranalteranalteranalteran elelelelambienteambienteambienteambiente.


• La alteración del ambiente puede tener

valoraciones diferentes desde el punto de vistahumano:

• a) la alteración producida por ciertos gruposbacterianos o fúngicos que son de interés en la


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bacterianos o fúngicos que son de interés en laproducción de alimentos

• b) otros grupos dan lugar a alteraciones quehacen los alimentos inaceptables para elconsumo humano o animal.


• Un aspecto adicional a considerar en lamicrobiología (alimentos) es lapatogenicidad potencial de losmicroorganismos presentes en ellos.


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• Esta patogenicidad se produce cuando elmicroorganismo es capaz demultiplicarse en el organismo delconsumidor dando lugar a diferentesprocesos patológicos:


microbiología de los alimentos:

• enfermedades parasitarias

• infecciones alimentarias o


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• infecciones alimentarias ointoxicaciones alimentarias


• Dada la importancia de estas patologías, el control microbiológico el control microbiológico el control microbiológico el control microbiológico de los alimentos se encamina a la detección de microorganismos patógenos con objeto de


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microorganismos patógenos con objeto de prevenir estas patologías.

• Hablaremos de microorganismos que están relacionados con la producción de alimentos y con su alteración posterior.

Curso de Microbiología AplicadaGrupos microbianos

• Grupos de organismos estudiados por lamicrobiología son los siguientes organismos:

1. Eucarióticos


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1. Eucarióticos

2. Procarióticos

3. Virus


1.- Organismos eucarióticos

• son aquellos en cuyas células puedediferenciarse un núcleonúcleonúcleonúcleo que contiene el


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diferenciarse un núcleonúcleonúcleonúcleo que contiene el

material genético, separado de uncitoplasma en el que se encuentrandiferentes orgánulos celulares.

• La célula Eucariótica o Eucariota es la quese conoce comúnmente como célula connúcleo.

• Posee una verdadera envoltura• Posee una verdadera envolturamembranosa para el material genético, elADNADNADNADN, el cual está mejor resguardado yprotegido del exterior.


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Célula eucariótica animal

1. Nucleolo,

2. Núcleo,

3. Ribosoma,

4. Vesícula,

5. Retículo endoplasmático rugoso,

6. Aparato de Golgi,

7. Citoesqueleto(microtúbulos)


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(microtúbulos)

8. Retículo endoplasmático liso

9. Mitocondria,

10.Peroxisoma

11.Citoplasma

12.Lisosoma

13.Centriolo.

Cloroplasto

Vacuola


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Pared celular

Diferencias entre célula animal y vegetal

• Las células animales se distinguen de lascélulas vegetales en que carecen de:

• paredes celulares y de cloroplastos y poseencentríolos y vacuolas más pequeñas y


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generalmente, más abundantes.• Debido a la carencia de pared celular rígida,

las células animales pueden adoptar variedadde formas e incluso pueden fagocitar otrasestructuras.


• Los microorganismos eucarióticos

• más relevantes en microbiología de alimentos:

1. hongos unicelulares (levaduras)


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2. pluricelulares (mohos)

Los microorganismos eucarióticos

Los mohos y levadurastienen importancia en laproducción de alimentos(Saccharomyces) y(Saccharomyces) y

tambien en su deterioro eImportancia menor en lageneración de patologías.

Curso de Microbiología AplicadaOrganismos Procarióticos

En ellos noexistela separaciónentre núcleo ycitoplasma.Dentro de este


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Dentro de estegrupo seincluyen las

bacterias.

La célula procariota más simple consta de:

1. Pared celular,2. Membrana plasmática (envuelta de lípidos)3. Citoplasma (líquido interno) podemos encontrar el material genético

(ADN), se suele llamar cromosoma. Fragmentos de ADN circularesllamados plásmidos, que cumplen una función de comunicación entreeste tipo de células. nutrientes, iones, aminoácidos para formareste tipo de células. nutrientes, iones, aminoácidos para formarproteínas.

4. Ribosomas, las fábricas celulares de proteínas.


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Organismos Procarióticos

Dentro de las bacterias podremos encontrar microorganismos involucrados en:• la producción de alimentos (bacterias lácticas,

por eje.)


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• la producción de alimentospor eje.)

• en la alteración de alimentos (p.ej.: bacterias entéricas) o

• en la producción de infecciones (Salmonella) o

• intoxicaciones (Clostridium) alimentarias.


3 Virus

• Los virus son partículas inanimadasconstituidos de material genético, protegido por capas más o menos complejas de proteínas y lípidos.


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proteínas y lípidos. • Carecen de actividad metabólica y, por

consiguiente, no tienen actividad ninguna relacionada con la producción de alimentos.


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Virus

• Sin embargo, pueden estar relacionados con la producción de patologías transmitidas a través de productos


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transmitidas a través de productos alimentarios (virus de la hepatitis A)

• Sólo nos referiremos brevemente a ellos.

Curso de Microbiología AplicadaReseña histórica de los principales descubrimientos

relacionados a la microbiología

• 1546: Girolamo Frascatoro estudia enfermedades contagiosas y proponeuna teoría sobre su origen.

• 1677-1684: Antony van Leeuwenhoek describe


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• 1677-1684: Antony van Leeuwenhoek describelas primeras observaciones realizadas conmicroscopios caseros de los microorganismos(llamados entonces animáculos) presentes en aguade lluvia, fuentes, mar y nieve así como demuestras tomadas de materia interdental.

Reseña histórica de los principales descubrimientos relacionados a la microbiología

• 1789: Edward Jenner estudia la resistencia a laviruela que presentaban ciertos grupos depoblación y comienza el desarrollo de técnicasde vacunación (inmunidad).

• 1837: Lázaro Spallanzani comprobó que eltratamiento térmico repetido permitía evitar elcrecimiento de microorganismos en infusiones.Supone un primer desarrollo de métodos deesterilización de líquidos.

• 1837: Theodore Schwann realiza los primeros experimentos relacionados con la fermentaciónfermentaciónfermentaciónfermentación y la putrefacción putrefacción putrefacción putrefacción originados por microorganismos.

Reseña histórica de los principales descubrimientos relacionados a la microbiología


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• 1838: Charles Cagniard-Latour, memoria sobre la fermentación alcohólicafermentación alcohólicafermentación alcohólicafermentación alcohólica.

• 1857-1861: Louis Pasteur realiza experimentos que demuestran el origen microbio origen microbio origen microbio origen microbio de procesos de procesos de procesos de procesos de fermentaciónfermentaciónfermentaciónfermentación láctica, alcohólica, existencia de microorganismos anaerobios y demuestra que sólo puede producirse crecimiento microbio a partir de microorganismos preexistentes.



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partir de microorganismos preexistentes.

• 1867: Joseph Lister desarrolla el principio de la asepsiaasepsiaasepsiaasepsia en la práctica quirúrgica.

1880-1881: Louis Pasteur desarrolla vacunas frente a variasenfermedades víricas.

1876-1884: Robert Koch realiza varios estudios sobre losagentes causantes de diversas enfermedadesinfecciosas.

1884: Christian Gram desarrolla su método de tinción detinción detinción detinción de



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1884: Christian Gram desarrolla su método de tinción detinción detinción detinción debacterias.bacterias.bacterias.bacterias.

1888: Maximus. V. Beijerinck descubre las bacterias quebacterias quebacterias quebacterias quenodulannodulannodulannodulan las leguminosaslas leguminosaslas leguminosaslas leguminosas

1889: S. Winogradsky realiza los primeros estudios sobre losefectos geoquímicas producidos por bacterias.

• 1898: Friedrich Loeffler y F. Frosch describen elagente causante de la glosopeda (fiebrefiebrefiebrefiebreaftosaaftosaaftosaaftosa): aislamiento de virus animales

• 1899: M.V.Beijerinck aisló el primer virus vegetal(Mosaico del tabaco).



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• 1908: Paul Erlich desarrolla los primeros métodosquimioterápicos.

• 1917: F. d'Herelle descubre el primer virus primer virus primer virus primer virus bacterianobacterianobacterianobacteriano (bacteriofago).

• 1929: Alexander Fleming descubre la penicilinapenicilinapenicilinapenicilina

Concepto de esterilidad. Concepto de asepsia

Se entiende por esterilidad:la ausenciaausenciaausenciaausencia totaltotaltotaltotal dededede microorganismosmicroorganismosmicroorganismosmicroorganismos vivosvivosvivosvivos.



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Un microorganismo está vivo desde el punto de vistamicrobiológico cuando es capaz de multiplicarse,

En el campo de la microbiología (alimentos) la esterilidad permite:

• aumentar de forma indefinidaaumentar de forma indefinidaaumentar de forma indefinidaaumentar de forma indefinida (teóricamente) la vida la vida la vida la vida de cualquier alimento manufacturado.



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de cualquier alimento manufacturado.

• Sin embargo, una esterilidad completa esimposible porque la cantidad demicroorganismos es demasiado alta

• como para que un tratamiento que no altere el



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• como para que un tratamiento que no altere elalimento, pueda destruirlos a todos.

• Esta es la razón por la que, en última instancia,se debe contar con la presencia permanente demicroorganismos en todos los alimentos.

• Se entiende por asepsia la ausencia de microorganismos :potencialmente patógenos.

• La asepsia sí es posible, sí es posible, sí es posible, sí es posible, porque los



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• La asepsia sí es posible, sí es posible, sí es posible, sí es posible, porque los microorganismos patógenos son sólo una subpoblación de los totales.

• Un paso trascendental en la evolución dela microbiología fue el desarrollo decultivos puros (fijación de N).



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• EnEnEnEn lalalala naturalezanaturalezanaturalezanaturaleza loslosloslos microorganismosmicroorganismosmicroorganismosmicroorganismos vivenvivenvivenvivenformandoformandoformandoformando comunidadescomunidadescomunidadescomunidades másmásmásmás oooo menosmenosmenosmenos complejascomplejascomplejascomplejas

• en las que unos individuos interaccionan conotros estableciendo multitud de relaciones.

Las bacterias del grupo al que pertenecen Pseudomonas están

constituidas por microorganismos Gram-negativos, siempre móviles conflagelación polar.Se encuentran normalmente en el suelo, aunque puedenser patógenos oportunistas en animales (Ps. aeruginosa)En plantas, induce síntomas de "pudrición de raíces"

Microorganismos Gram-negativos, aerobiosGrupos de bacterias del género Pseudomonas.


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En plantas, induce síntomas de "pudrición de raíces"

Microorganismos Gram-negativos, aerobios

Grupos de bacterias del género Pseudomonas.

• P. syringae, es responsable de

daño por helada en plantas

• en la superficie, expuesta al ambiente. P. syringaepuede causar que el agua se congele a temperaturas tan bajas como −1,8°C, hay razas causando


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tan bajas como −1,8°C, hay razas causando nucleación de hielo a temperaturas tan bajas como −8 °C

• El congelamiento causa rotura de epitelios y pone a los nutrientes disponibles para los tejidos bacteriales.

• Su metabolismo siempre respiratorio, (lamayoría usa como aceptor de electrones O2) oanaerobio (algunos usan NO-)

• Presentan una versatilidadversatilidadversatilidadversatilidad metabólicametabólicametabólicametabólica con



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• Presentan una versatilidadversatilidadversatilidadversatilidad metabólicametabólicametabólicametabólica congrande capacidad de utilizar como fuentede carbono sustratossustratossustratossustratos muy variados

• Algunas Pseudomonas (p.ej. Ps. aeruginosa) soncapaces de llevar a cabo procesos dedesnitrificación:

NO3 NO2 N2

empobrecen los suelos de nitrógeno utilizable



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desde el punto de vista agrícola.• Este proceso de reducción del nitrógeno (que actúa

como aceptor de electrones en un proceso de respiraciónanaerobia)

• se denomina reducciónreducciónreducciónreducción disimilatoriadisimilatoriadisimilatoriadisimilatoria del nitrógeno.

• La versatilidad metabólica del grupo leconfiere una importancia grande a lasbacterias del género Pseudomonas comodigestores aerobios de:



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• materiales animales,• vegetales,lo que contribuye alreciclaje biológico de materias orgánicas

• Existen varios géneros bacterianos relacionadoscon el de Pseudomonas que también tienen unaimportancia especial:

• el género Xanthomonas (X. axonopodispv.citris – cancro cítrico) comprende variasespecies patógenas vegetales que producen



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especies patógenas vegetales que producennecrosis del follaje y frutos.

• los géneros Acetobacter y Gluconobacter, soncapaces de oxidar alcoholes y tienenimportancia industrial en la fabricación devinagre.

Su actividad como agentes alterantes dealimentos

• Las Pseudomonas son el grupo debacterias más frecuente en los alimentosalimentosalimentosalimentosfrescosfrescosfrescosfrescos....



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frescosfrescosfrescosfrescos....

• las Pseudomonas son uno de losprincipales grupos responsables de laalteración de productosproductosproductosproductos cárnicoscárnicoscárnicoscárnicosalmacenadosalmacenadosalmacenadosalmacenados incorrectamente encondiciones de aerobiosis.

Su actividad como agentes alterantes de alimentos

• Algunas bacterias del grupo son psicrófilaspsicrófilaspsicrófilaspsicrófilas porlo que la alteración de los alimentos queproducen también tiene lugar durante laconserva en refrigeración.

• Cuando piezas de alimentos cárnicos sonconservadas en refrigeración en ambientesimpermeables al gas o en vacío, lasPseudomonas pueden producirproducirproducirproducir HHHH2222SSSS quereacciona con la hemoglobina dando lugar a laaparición de manchas verdes.

La gran versatilidad metabólica de lasbacterias del género Pseudomonas las hanhecho candidatas para el tratamiento decontaminacionescontaminaciones ambientalesambientales producidas


Su aplicación como agentes descontaminantes ambientales


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contaminacionescontaminaciones ambientalesambientales producidaspor la acumulación de metales pesados opor la acumulación de compuestosXenobióticos (átomos de carbono unidos covalentemente a grupos

muy electronegativos, persistentes o estables en el ambiente)

Curso de Microbiología Aplicada Su aplicación como agentes descontaminantes

ambientales

Varias especies del Pseudomonas contienenplásmidos plásmidos plásmidos plásmidos en los que se encuentran

codificadas enzimas capaces de degradar, almenos parcialmente, compuestos orgánicosmenos parcialmente, compuestos orgánicosderivados del petróleo o compuestos organoclorados uorganofosfatados.

Plásmidos

Curso de Microbiología Aplicada Su aplicación como agentes descontaminantes

ambientales

Estas enzimas suelen ser inducibles y laselección de las cepas adecuadas puedepermitir reducir los niveles de contaminaciónpor estos compuestos xenobióticos.por estos compuestos xenobióticos.

La biodegradación de hidrocarburos y de otros compuestosorgánicos es realizada con eficiencia variable dependiendo dela estructura del hidrocarburo (lineal o ramificado, alifático o

Aromático)

Curso de Microbiología Aplicada Su aplicación como agentes descontaminantes ambientales


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Algo similar ocurre con la biodegradación de compuestos

insecticidas,insecticidas,insecticidas,insecticidas,

herbicidasherbicidasherbicidasherbicidas ,,,,

detergentes,detergentes,detergentes,detergentes, otros.

• Por otra parte, el tratamiento de la contaminación originada por laacumulación de metalesmetalesmetalesmetales pesadospesadospesadospesados también es posible mediante lautilización de bacterias de este género.

• Los metales pesados son un grupo de elementos químicos quepresentan una densidad relativamente alta y cierta toxicidad para elser humano.

• (mercurio, plomo, cadmio, arsénico, aluminio)



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• El efectoefectoefectoefecto tóxicotóxicotóxicotóxico de los metales pesados suele estar asociadoasociadoasociadoasociado aaaa lalalalapresenciapresenciapresenciapresencia dededede formasformasformasformas ionizadasionizadasionizadasionizadas (cationes) de los metales encuestión.

• Ciertas bacterias de este género presentan enzimas capaces dereducir los cationes metálicos a las formas neutras que son muchomenos tóxicas.

• Otra forma de intervención en la eliminación de metales pesados por bacterias la desarrollan las bacterias del género Zooglea

• que son capaces de acumular los metales pesados y formar agregados formar agregados formar agregados formar agregados de gran tamaño que



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pesados y formar agregados formar agregados formar agregados formar agregados de gran tamaño que precipitan mediante floculaciónprecipitan mediante floculaciónprecipitan mediante floculaciónprecipitan mediante floculación.

• La utilización dirigida de bacterias para la descontaminación de ambientes naturales se denomina biorremediación.

Características generales del género Azotobacter

• Las bacterias del género Azotobacter forman un grupo especial de microorganismos fijadores de nitrógeno por cuanto se trata de los únicos que



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nitrógeno por cuanto se trata de los únicos que son unicelulares y, aparentemente, pueden fijar nitrógeno en condiciones aerobias.

maplicada 1 [modo de compatibilidad]modo_d… · ocurren procesos biológicos de interés. 1 clase...

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