microbiología y biotecnología
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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