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TEMA T 16 Y 17 MICROORGANISMOS – INGENIERIA GENETICA-
BIOTECNOLOGIA
1. MICROBIOLOGIA
A. CONCEPTO DE MICROORGANISMO. DIVERSIDAD Y
CLASIFICACION.
B. LOS MICROORGANISMO Y SU RELACION CON OTROS
ORGANISMOS
C. GRUPOS DE MICROORGANISMOS
BACTERIAS
ARCHEOBACTERIAS
VIRUS
OTRAS FORMAS ACELULARES
CIANOBACTERIAS Y MICOPLASMAS
HONGOS MICROSCOPICOS
PROTOZOOS
ALGAS MICROSCOPICAS
D. LOS MICROORGANISMOS EN LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS
E. LOS MICROORGANISMOS COMO AGENES PRODUCTORES DE
ENFERMEDADES
2. INGENIERIA GENETICA
A. CONCEPTO Y APLICACIONES
B. INGENIERIA GENETICA
TECNOLOGIA DEL ADN RECOMBINANTE
APLICACIONES DE LA INGENIERIA GENETICA
3. BIOTECNOLOGIA
A. CONCEPTO Y APLICACIONES
B. BIOTECNOLOGIA APLICADA A LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
C. BIOTECNOLOGIA APLICADA A LA INDUSTRIA
FARMACEUTICA
D. BIOTECNOLOGIA Y MEDIO AMIENTE
E. BIOTENOLOGIA APLICADA ALA INDUSTRIA AGROPECUARIA
1. MICROBIOLOGIA
A. CONCEPTO DE MICROORGANISMO. DIVERSIDAD Y
CLASIFICACION.
Los microorganismos se definen como un extenso y variado grupo de seres vivos que
por su tamaño solo pueden observarse al microscopio, sea óptico o electrónico.
Debido a su pequeño tamaño, tienen unas características comunes, que aportan
algunas ventajas fisiológicas:
¨ Su relación superficie/volumen es muy alta, por lo que su intercambio de nutrientes
con el medio es más eficiente que una célula grande
¨ Su metabolismo es muy rápido, ya que sus distancias internas son muy pequeñas.
¨ Se reproducen con gran rapidez, debido a la sencillez de su organización y
metabolismo.
¨ Como consecuencia de todo esto, tienen una gran capacidad de alterar el medio en
que viven, por agotamiento de nutrientes o por los productos de desecho, esto guarda
relación, con su
capacidad patógena.
Existen 5 grupos de microorganismos: bacterias, algas, hongos, protozoos, formas
acelulares (virus, priones, viroides). Por tanto tenemos una gran diversidad de
organismos, células procariotas, eucariotas…
En cuanto a su clasificación, a partir de estudios de secuencias de ARNr en células
procariotas se ha establecido el árbol filogenético universal de la vida, o quizá mejor
del mundo celular (no incluye virus).
Se divide en tres ramas principales que representan tres grupos primarios o ramas
evolutivas: Bacteria, Archaea (arqueobacterias) y Eukarya (eucariotas).
Estas tres líneas se denominan dominios y se sitúan por encima del nivel de reinos.
Todas ellos proceden de un antepasado procariota común, al que se denomina LUCA
(Last Universal Cellular Antecesor).
El dominio Bacteria son células procariotas con lípidos en su membrana. Tienen una
pared celular con acido murámico.
El dominio Archaea son también procariotas con lípidos en su membrana, pero de tipo
isoprenoide. Su pared celular carece de acido murámico.
Tanto Bacteria como Archaea son verdaderas procariotas pero sus diferencias evolutivas
son tan grandes que ambos difieren tanto entre sí como con las eucariotas.
El dominio Eukarya son organismos eucariotas.
Clasificación de R.H. Whittaker y L. Margulis es la denominada de 5 reinos:
Reino Monera: organización procariota. Bacterias y Arqueobacterias
Reino Protoctistas: organización eucariota. Protozoos (son eucariotas
unicelulares heterótrofos. Sin pared celular y pueden tener movilidad) y algas
microscópicas son eucariotas autótrofas, que realizan fotosíntesis oxigénica)
Reino Fungi: Hongos. Son organismos eucariotas y heterótrofos . Presentan
paredes rígidas formadas por quitina.
Reino Metafitas (plantas)
Reino Metazoos (animales).
B. LOS MICROORGANISMO Y SU RELACION CON OTROS ORGANISMOS
Simbiosis: es la relación que se establece entre dos organismos, en la cual
ambos salen beneficiados (llamada actualmente mutualismo).
Hay relaciones muy importantes:
Rumiantes: para poder degradar la celulosa tienen en su estomago,
bacterias, protozoos.
Insectos xilófagos: las termitas utilizan protozoos para degradar la
celulosa y la lignina.
Humanos: tenemos bacterias que producen fermentaciones y sintetizan
vitaminas.
Nódulos radicales de las leguminosas: asociación de bacterias del
genero Rhizobium y Leguminosas, donde se produce la fijación de
nitrógeno atmosférico.
Micorrizas: relación entre hongos y raíces de plantas, para aumentar la
superficie de Absorción de agua y sales ej. Micorrizas Rhizobium
Parasitismo: es la relación que se establece entre dos organismos, en la que uno
de ellos sale beneficiado (el parasito) y otro sale perjudicado (el hospedador).
Producen enfermedades infecciosas.
Microorganismos saprófitos: son los microorganismos que llevan a cabo la
descomposición de la materia orgánica mediante fermentaciones y
putrefacciones, que son muy importantes en el Ecosistema, ya que reciclan esta
materia para su utilización por los productores. En ocasiones son también
importantes por su utilización industrial.
C. GRUPOS DE MICROORGANISMOS
1. BACTERIAS
1. ESTRUCTURA
La forma responde a tres modelos fundamentales:
COCOS: tienen forma esférica, a veces ligeramente ovalada. Dentro de ellos
podemos encontrar formas aisladas (micrococos); en parejas (diplococos); en cadenas
(estreptococos); arracimados (estilococos); en grupos de 4 (tetracocos); o agrupados
formando cubos (sarcinas)
BACILOS: forma alargada, como bastoncitos, pueden encontrarse aislados, en
parejas (diplobacilos) o cadenas (estreptobacilos). En ocasiones presentan flagelos o
esporas que pueden encontrarse centrales o terminales.
ESPIRILOS: se caracterizan por su forma curva. Cuando tienen aspecto de coma se
denominan vibrios cuando tienen forma espiral, espirilos y si las espiras son flojas y
separadas, espiroquetas
En cuanto al tamaño, aunque microscópico, varía bastante. Dentro las pequeñas se
encuentran algunos cocos que miden aproximadamente una micra o menos. Los bacilos
más corrientes suelen medir de 5- 8 Micras de largo y 1- 1,5 micras de ancho.
Membrana plasmática
Estructura semejante a la de células eucariotas, pero sin colesterol.
Presenta unas invaginaciones llamadas mesosomas que representan un gran aumento de
superficie y que pueden contener sistemas enzimáticos relacionados con:
¨ Intercambio de sustancias con el medio externo .
¨ Crecimiento y regeneración de la membrana plasmática.
¨ Centros del metabolismo bacteriano: respiración celular y fotosíntesis (sus enzimas y
pigmentos relacionados). Asimilación de nitrógeno, nitratos.
¨ Dirigen también la auto duplicación del ADN por contener la ADN-polimerasa.
Pared bacteriana
Es una de las características más importantes de la célula, le confiere rigidez y forma.
Químicamente es diferente a la de las células eucariotas y es una de las diferencias que
existen entre los dos tipos de Células.
Existen dos tipos de pared celular (dependiendo de cómo responden a la tinción de
Gram) que dividen a las bacterias en dos grandes grupos:
La capa rígida tanto de bacterias G+ como G- es muy semejante en su composición
química; esta capa en forma de red, denominada de peptidoglucanos o mureína, es una
delgada lámina compuesta de dos derivados de monosacáridos, la N- acetilglucosamina
y el N- acetilmurámico, así como un pequeño grupo de aminoácidos
En las bacterias G- aparece sobre la capa de peptidoglucanos (que es fina) una capa
externa formada por lipopolisacáridos y proteínas muchas de ellas enzimas, que
constituye una verdadera unidad de membrana y se conoce como membrana externa,
que les da un aspecto biestratificado y mayor resistencia a agentes bactericidas.
Entre la membrana externa y la membrana plasmática se encuentra un espacio,
denominado, espacio periplásmico.
La importancia funcional de esta capa externa es en parte que sirve como una barrera
externa a través de la cual deben penetrar sustancias para alcanzar la célula. La capa
externa es permeable a pequeñas moléculas, pero no a enzimas ni a otro tipo de
moléculas grandes. De hecho, una de las principales funciones de la capa externa puede
ser su capacidad para evitar que ciertas enzimas, presentes por fuera de los
peptidoglucanos, abandonen la célula.
En las Gram +, es más sencilla, carecen de membrana externa y tienen aspecto
monoestratificado y sobre el peptidogucano tienen una capa con ácidos teicoicos como
componente más típico.
Capsula bacteriana
La presentan muchas bacterias por fuera de la pared, de un grosor entre 100-400 A. con
aspecto viscoso y formada por polisacáridos, polialcoholes o amino azúcares.
Sus funciones están relacionas con: protección frente a la desecación, protección del
ataque de anticuerpos, de la fagocitosis, también relacionada con la fijación de las
bacterias a los huéspedes.
Flagelo bacteriano
Es una prolongación filiforme, normalmente de mayor longitud que la bacteria, que
utiliza para desplazarse en medio líquido. Su número y disposición es variable. Es más
sencillo que el de eucariotas.
Según el nº y posición de los flagelos, las bacterias pueden ser diferenciadas y
clasificadas.
Pelos bacterianos, fimbria o Pili
Se encuentran solo en Gram -. Son filamentos superficiales, delgados, huecos (40-80
A), formados por pilina. Su misión está relacionada con: fijación a sustratos,
intercambio de moléculas e información genética. Participan en la conjugación
bacteriana.
Citoplasma
Carece de cualquier tipo de orgánulo excepto ribosomas de 70 S. aparecen inclusiones
de reserva de polisacáridos, almidón, lípidos, volutita (fosfato inorgánico). Por lo demás
igual que otro tipo celular.
Material genético
Presenta un cromosoma bacteriano, circular y bicatenario, con organización de
superenrollamiento. Se conoce como nucleoide a la zona donde se localiza, que puede
estar unido a un mesosoma.
Además podemos encontrar uno o más moléculas de ADN de pequeño tamaño llamadas
plásmidos que se replican con independencia del cromosoma bacteriano.
2. METABOLISMO
Independientemente de la nutrición, las bacterias pueden necesitar oxigeno atmosférico:
bacterias aerobias o bacterias anaerobias, para algunas el oxigeno es un gas
venenoso son la anaerobias estrictas, otras lo utilizan cuando está presente, aunque
pueden vivir sin él, anaerobias facultativas.
La mayoría de las bacterias son heterótrofas y deben tomar alimento orgánico
sintetizado por otros organismos. La obtención del alimento lo hace por diversos
mecanismos:
Saprobiontes: son de vida libre y viven sobre materia orgánica en descomposición.
Comensales: asociadas a otros organismos a los cuales no les causan ningún daño, ni
tampoco beneficio
Parásitas: producen enfermedades.
Simbiontes: ambos organismos obtienen beneficio.
Otras son autótrofas y utilizan compuestos inorgánicos para su nutrición:
Autótrofas fotosintéticas: (bacterias sulfurosas verdes y purpuras):
No utilizan agua para la fotosíntesis, sino otros compuestos como sulfuro de hidrogeno
y por tanto no producen oxigeno sino azufre, se denomina fotosíntesis anoxigénica. Al
poseer pigmentos que absorben prácticamente en el infrarrojo, no necesitan luz visible.
Autótrofas quimiosintéticas: utilizan la energía que se desprende de la oxidación de
ciertos compuestos inorgánicos.
LA QUIMIOSINTESIS (TIPOS)
1. BACTERIAS DEL HIDRÓGENO
Emplean el gas H2 como donador de electrones, catalizada por la hidrogenasa y los
hidrógenos son cedidos al NAD+. El NADH formado dona sus e- a una partícula
transportadora de e y el ATP es sintetizado mediante la fosforilación por transporte de
electrones, al final estos electrones son cedidos al oxigeno
formando agua.
2. BACTERIAS SULFUROSAS INCOLORAS
Los compuestos de azufre reducidos más frecuentes utilizados como donadores de
electrones por estas bacterias son:
- SH2 (sulfuro de hidrogeno)
- S0 (azufre elemental)
- S2O3
3. BACTERIAS NITRIFICANTES
Los compuestos de nitrógeno más frecuentes empleados como donadores de electrones
son el amoniaco (NH3) y el nitrito (NO2 -), procedentes de la descomposición de
cadáveres de plantas o animales, así como restos de heces y orines de animales, que
oxidados aeróbicamente por estas bacterias producen energía , así como su
transformación de materia orgánica a inorgánica utilizable por los productores
nuevamente.
4. BACTERIAS DEL HIERRO
3. REPRODUCCIÓN
Las bacterias pueden reproducirse de manera asexual, mediante bipartición
transversal. El cromosoma bacteriano unido al mesosoma, se duplica separándose los
dos cromosomas hijos al crecer la membrana entre los dos puntos de anclaje de estos.
Posteriormente, la membrana plasmática se invagina y se produce un tabique de
separación lo que da lugar a dos células hijas idénticas al progenitor.
La división es muy rápida y en 24 horas (sin limitaciones) una célula puede dar lugar a
un clon de 250.000 bacterias idénticas. Con este tipo de reproducción el único medio de
variación genética es la mutación de su ADN.
No obstante, una bacteria puede recibir información de otra bacteria en un modo de
transmisión horizontal, la información pasa de una bacteria a otra dentro de la misma
generación y no de la paterna a la filial. Este mecanismo se denomina parasexual y en
los que se da un proceso de recombinación, para ello primero tiene que darse lugar la
inserción en una célula receptora de un fragmento de ADN diferente, procedente de una
célula donadora y después tiene que efectuarse la integración de ese fragmento.
Hay tres mecanismos por los cuales puede producirse la integración:
a) Transducción: que estudiaremos en los virus.
b) Transformación: ADN libre que se introduce en una célula.
c) Conjugación: intercambio entre dos células vivas.
TRANSFORMACION
Consiste en que un fragmento de ADN libre en el medio, atraviesa la membrana celular
de la bacteria y mediante un fenómeno de entrecruzamiento, sustituye al fragmento
homólogo en la bacteria receptora, cambiando con ello la información genética de la
bacteria.
Solo algunas bacterias son capaces de ser transformadas, se las llama competentes,
parece ser una característica hereditaria y varia con las fases de su ciclo celular y con las
condiciones del medio.
En un principio el ADN se incorpora de manera reversible y posteriormente una vez que
se produce la unión es irreversible, los fragmentos compiten uno con otro para su
incorporación.
Poco después de la incorporación, una de las cadenas se rompe, y la otra es integrada en
el genoma sustituyendo a la secuencia homologa, formándose una molécula de ADN
mezcla de la parental y la recombinante.
CONJUGACIÓN
En este proceso hay un contacto directo célula a célula. La información genética se
transfiere de una célula donadora a una célula receptora.
La característica que confiere a una bacteria la capacidad de ser donadora es la
presencia de un plásmido denominado FACTOR F, las moléculas que lo presentan en
su citoplasma se denominan F+ y serán bacterias donadoras de la información, las que
no lo poseen se denominan F- y serán bacterias receptoras, es decir, que reciben la
información genética o bien el factor F puede presentarse integrado en el ADN
bacteriano, por entre cruzamiento de regiones especificas idénticas tanto en el plásmido
como en el ADN, en cuyo caso, la bacteria se denomina HFR.
La información genética contenida en dicho factor F permite formar un pelo sexual, que
establece el contacto entre las dos células, posteriormente el pelo se contrae para acercar
las dos células entre las que se va a producir el trasiego de información.
4. FORMAS DE RESISTENCIA
Si las condiciones ambientales se vuelven muy desfavorables, por falta de agua u otros
factores, las bacterias entran en un periodo de latencia, por el cual consumen el
mínimo de energía posible y en la que pueden estar durante muchísimos años. Lo hacen
mediante dos posibles mecanismos:
Formando quistes: la bacteria se encoge, pierde agua y se rodea de una gruesa
membrana.
Formando endosporas: en este caso se forma una gruesa membrana en el interior de
la bacteria, que rodea al cromosoma y a una pequeña cantidad de citoplasma,
permaneciendo en vida latente hasta que las condiciones sean las favorables. Estas
esporas son típicas de bacterias Gram +, como Bacillus o Clostridium.
No es una forma de reproducción, puesto que una vez recuperadas las condiciones
favorables, esporas absorben agua y surge de nuevo la bacteria activa.
Tanto en un caso como en otro, las bacterias se vuelven resistentes al calor, frio,
desecación y sustancias químicas.
Pueden responder así mismo con movimientos de aproximación o separación, ya sea
con sus flagelos, por contracción o por reptación.
2. ARCHEOBACTERIAS. DOMINIO ARCHAEA
Son procariotas y son los microorganismos más primitivos y antiguos. Tienen
muchos genes exclusivos.
ESTRUCTURA
Carecen de núcleo. Su membrana carece de fosfolípidos, presentan unos compuestos
lipídicos derivados del glicerol.
Su pared celular nunca presenta mureína, sino proteínas o un peptidoglucano
modificado (pseudopeptidoglicano)
MEDIO AMBIENTE
Muchos Archaea se encuentran adaptados a condiciones de vida extremas, por ello se
les denomina extremófilos.
Algunos de estas arqueobacterias son:
¨ Termófilas: se desarrollan a elevadas temperaturas, superiores a 45oC, aunque
algunas son capaces de vivir por encima de 80oC (hipertermófilas) como aquellas que
viven en surgencias termales submarinas.
¨ Psicrófilas: pueden vivir a bajas temperaturas. Su temperatura óptima son 4oC, pero
pueden vivir en los lugares más fríos del planeta.
¨ Acidofilas: viven en entornos ácidos, como fuentes hidrotermales, donde se producen
gases sulfurosos.
¨ Alcalófilas: viven en suelos alcalinos, ricos en carbonatos y en lagunas kársticas del
norte de Africa.
¨ Halófilas: viven en ambientes salinos, preferentemente lagos salobres, como el Mar
Muerto y tanques de evaporación de salineras.
Esto lo consiguen gracias a que sus enzimas, extremoenzimas, están adaptadas a poder
ser funcionales en estos ambientes, en los que otros sistemas enzimáticos no serian
viables. Esto ha despertado gran interés en la medicina y otros ámbitos industriales.
3. - VIRUS
1. ESTRUCTURA
Los virus se encuentran en el umbral que separa lo vivo de lo no vivo. No son formas
celulares y no pueden moverse ni nutrirse independientemente. Solo pueden
reproducirse dentro de una célula viva a la que parasitan. Podemos decir que un virus
vive cuando se encuentra en el interior de una célula viva, por lo que todos los virus son
parásitos celulares.
Los virus se propagan de célula a célula en forma de partículas infecciosas llamadas
viriones o partícula viral.
Son muy pequeños, los más grandes apenas llegan a los 200 nm1 de diámetro, solo se
han podido observar con el microscopio electrónico.
Un virus o virion está formado por:
a) Un acido nucleico: ADN o ARN, nunca ambos a la vez. El ARN puede ser
bicatenario o monocatenario lineal; y el ADN puede ser monocatenario o bicatenario,
lineal o circular. En ocasiones pueden tener el genoma fragmentado.
Si el acido nucleico tiene la misma polaridad que el ARNm (5’→3’) se le denomina
cadena positiva (+), si la polaridad es contraria, se le denomina cadena negativa (-)
b) Una cubierta proteica que rodea al acido nucleico, llamada capsida, formada por
unidades que se repiten, llamados capsómeros.
c) En algunas ocasiones una envoltura externa o cubierta, similar a la membrana
plasmática, que obtiene de las células a las que parasita, junto con proteínas codificadas
por el genoma vírico, conocidas como espículas.
d) Algunos poseen algunas enzimas, como polimerasas, para transcribir el material
genético a ARNm ; pueden tener una transcriptasa inversa, para transcribir el ARN a
ADN. Algunos virus bacterianos (bacteriófagos) tienen lisozimas, para destruir la pared
bacteriana de la bacteria a la que parasita.
2. CLASIFICACION DE LOS VIRUS
Los virus se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios.
Según el tipo de cápsida distinguimos:
1. Helicoidales: los capsómeros se disponen en hélice y el acido nucleico queda
aprisionado entre las espiras de la hélice. Ej: virus del mosaico del tabaco.
2. Icosaédrico: tiene forma regular de poliedro. Estos virus tienen dos tipos de
capsómeros: los hexones (grupos de 6 proteinas) que forman las aristas y las caras del
icosaedro y los pentones (grupos de 5 proteinas) que forman los vértices. La cápsida es
hueca y en su interior se coloca el acido nucleico. Ej. Poliomielitis.
3. Bacteriofagos o virus complejos: son una mezcla de las dos estructuras anteriores,
son virus complejos. Tienen una cabeza icosaedrica hueca en donde se aloja el acido
nucleico y una cola helicoidal contráctil y hueca, rodeada por una vaina y en su centro
un eje tubular, que utilizan para inyectar su acido nucleico. En la base de la cola tienen
unas fibras y unas espinas que utilizan para fijarse a la superficie de la celula a la cual
parasitan. Son los virus que parasitan a bacterias.
1 Nm= nanómetro = 10 –9m
- Otro criterio seria la presencia o ausencia de envoltura, los virus helicoidales
y los icosaedricos pueden tener envoltura, por ejemplo el virus de la gripe es un
virus helicoidal con envoltura y el de la varicela y herpes es un virus icosaedrico
con envoltura.
- Otra forma de clasificación seria el tipo de célula a la que parasitan: pueden
ser parásitos de animales, vegetales o de bacterias (conocidos como fagos o
bacteriófagos)
- Así mismo los podremos clasificar ateniendo al tipo de acido nucleico, esta es
la más compleja, ya que nos encontramos con todo tipo de posibilidades: ADN
(1C/2C) circular o lineal; ARN (1C/2C); y las diferentes polaridades.
Aquí tenemos algunos ejemplos de virus y sus patologías:
3. MULTIPLICACION VIRICA
Vamos a estudiar cómo se reproducen los virus, en uno de los grupos más estudiados
que son los bacteriófagos, y en uno en especial el fago T4, que es un virus de ADN
bicatenario y circular.
El virus va a parasitar a la célula para poder autorreproducirse (sintetizar copias de su
ADN y su cápsida), ya que el solo no puede hacerlo, necesita la maquinaria bioquímica
y los orgánulos de otra célula para poder hacerlo.
Existen dos tipos de infección con algunos pasos comunes:
CICLO DE INFECCION LITICA
1. Adsorción del virus:
Inicialmente el fago fija su cola, mediante las fibras y las espinas a receptores
específicos de la pared bacteriana (el fago no puede unirse en cualquier lugar). En el
caso de otro tipo de virus, siempre deberán existir receptores en la membrana de la
célula a la que se infecta que permita la entrada del virus al interior.
2. Fase de penetración: los bacteriófagos liberan una enzima, llamada lisozima,
localizada en la cola del virus, que debilita los enlaces de la pared bacteriana.
Posteriormente se contrae la vaina helicoidal, lo que provoca la inyección del contenido
de la cabeza a través del eje tubular de la cola del fago: y el acido nucleico penetra en la
célula.
En el caso de virus desnudos, introducen toda la nucleocápsida, sea por penetración
directa (perforando la membrana con enzimas) o por endocitosis.
En el caso de virus envueltos, funden su cubierta con la membrana de la celula
huésped.
3. Fase de eclipse:
Una vez dentro, el virus interrumpe el normal funcionamiento de la célula y el ADN
bacteriano se degrada. A partir de ese momento será el ADN del virus el que entre en
funcionamiento y dicte las órdenes. Los genes víricos poseen la información necesaria
para, utilizando los orgánulos y las enzimas celulares autorreplicarse (proteínas
tempranas) y fabricar muchas copias de su ADN y fabricar todos los
capsómeros (proteínas tardías) necesarios para formar muchas cápsidas, no olvidar que
los capsómeros son proteínas, por último se sintetizan las enzimas líticas , que abren la
célula hospedadora para liberar los nuevos virus.
Como el genoma vírico es extraño a la célula, puede ser atacado por enzimas de
restricción, degradándolo. Penetración no siempre implica infección.
4. Ensamblaje de los nuevos virus:
Tanto las copias del ADN como el resto de los componentes víricos que han sido
sintetizados, se ensamblan dando lugar a los nuevos virus.
5. Liberación:
En una bacteria pueden formarse hasta 150 fagos, que producen una lisozima que lisa
(rompe) la pared bacteriana, la célula muere definitivamente y los fagos quedan en
libertad para infectar nuevas células.
En el caso de virus envueltos, la realizan mediante gemación o aprovechando la
exocitosis de la célula o abriendo agujeros, como en el caso de los desnudos.
Se llama por tanto infección lítica porque la célula queda rota y lisada después de la
infección.
CICLO DE INFECCION LISOGENICA.
No siempre se produce la lisis inmediata de la célula. Existe un tipo de fagos, los
llamados fagos atemperados o atenuados, que se integran en el ADN bacteriano por
entrecruzamiento de dos regiones idénticas en el fago y en la bacteria, lógicamente no
todas las bacterias permiten esta integración solo las llamadas bacterias lisogénicas.
Estos fagos integrados se denominan profagos y se replican pasivamente con el ADN
bacteriano. El fago puede liberarse espontáneamente del ADN bacteriano por las
agresiones ambientales, que debilitan la bacteria y llevar a cabo un ciclo lítico,
matándola.
En casos la liberación puede ser lenta, produciendo virus de una manera lenta y
constante, esto se conoce como infección persistente y cuando el virus es lisogénico,
como la reproducción esta retardada, se conoce como infección latente.
A veces, cuando el fago se libera no lo hace por el mismo punto por el que se unió y se
lleva parte del material genético de la bacteria.
Cuando este fago infecte a otra bacteria lisogénica, le transferirá dicho fragmento de
ADN bacteriano,convirtiendo a esta bacteria receptora en diploide parcial para dicho
fragmento. Este fenómeno se denomina TRANSDUCCION.
4. CICLO DE UN RETROVIRUS: VIH
El VIH-1 (virus de inmunodeficiencia humana de tipo 1) es un retrovirus de la familia
de los lentivirus.
Los retrovirus son virus de ARN que se reproducen transformándose en ADN y
empleando el material genético de la célula que atacan. Los retrovirus a veces destruyen
las células a las que atacan; eso ocurre en el caso del VIH.
Las células diana de este virus son los linfocitos T del sistema inmune.
Las enfermedades causadas por lentivirus tienen ciertas similitudes: Estan
caracterizadas por largos periodos durante los que la enfermedad esta activa, pero no
hay sintomas aparentes. El virus es capaz de hacer múltiples copias de sí mismo y de
matar células del sistema inmunitario al hacerlo. Con el tiempo, el sistema
inmunitario no puede controlar la cantidad de virus activo que circula en la sangre.
Así es como el VIH aumenta su cantidad:
1. Fijación e infección: El VIH se fija a la célula anfitriona en dos sitios conocidos
como sitos receptores. La membrana que recubre el virus se fusiona a la pared de la
célula anfitriona.
Después, el VIH penetra en la célula. A continuación, parte de la cubierta del centro se
desprende y el VIH vacía su ARN, enzimas y otro material en el citoplasma de la celula
anfitriona.
2. Transcripción inversa: El virus empieza a hacer una copia de si mismo. En el
primer paso de este proceso, la enzima transcriptasa inversa salta de una hebra de ARN
viral a la otra y forma ADN de doble hebra a partir del ARN viral. Pueden ocurrir
muchos errores en este paso, dando como resultado mutaciones, o virus con estructuras
ligeramente diferentes de los originales. Debido a que se hacen copias 10 mil millones
de veces por dia, hay muchas oportunidades para que se originen estas mutaciones,
algunas de las cuales pueden ser resistentes a ciertos medicamentos.
3. Integracion: Este "provirus” ahora se transporta al núcleo de la célula anfitriona.
Allí, la enzima viral integrasa incorpora el ADN proviral al ADN de la celula anfitriona.
4. Transcripción: Otra enzima toma el ADN viral y lo transcribe al ARN mensajero, o
ARNm, que actúa como una plantilla para la creación de nuevas proteínas virales.
5. Traduccion: La traduccion del ARNm da como resultado la síntesis de 3
poliproteinas.
6. Ensamblaje viral: Conjuntos de nuevas proteínas virales y de ARN viral se unen
cerca de la superficie de la célula infectada. Este material contiene la informacion
genética y las diversas enzimas y proteínas necesarias para crear un VIH maduro.
7. Gemación y maduración: El virus inmaduro empuja y sale de la célula anfitriona,
llevándose parte de la membrana celular. Cuando el virus inmaduro está en proceso de
gemación o poco tiempo después, la enzima proteasa corta las cadenas de proteinas del
nuevo virus en proteínas individuales más pequeñas de forma y tamaño específicos; este
proceso se conoce como segmentación. Estas proteínas recién cortadas hacen que este
sea un virus maduro. Este virus maduro ahora es capaz de infectar otras celulas T CD4.
4. OTRAS FORMAS ACELULARES
1. VIRIOIDES
Son moléculas de ARNmc circular que carecen de cualquier protección , que utilizan la
ARN polimerasa del hospedador para su replicación. Aparecen en el núcleo de la célula
huésped interfiriendo la expresión de los genes. Causan enfermedad en vegetales.
2. PRIONES
Son glicoproteínas, se la denomina proteina prionica (PrP) y pueden tener dos
conformaciones tridimensionales:
– Proteina prionica celular (PrPc): normal, con mayoría de hélices α.
–Proteina prionica scrapie (PrPsc): con mayoría de hélices β. Esta se vuelve: insoluble,
resistente a altas temperaturas y a la digestión por enzimas.
ENFERMEDADES DEBIDAS A PRIONES:
•Encefalopatía espongiforme bovina:
Cuando la proteína patógena entra en contacto con la celular, produce en esta un cambio
conformacional, trasformando las α- hélice en laminas-β, comenzándose un efecto
cascada.
•Enfermedad de Creutfeldt-Jacob:
–Transmitida por la ingestión de carne contaminada (transmisión horizontal)
–Debida a una mutación genética en el gen de la proteína (transmisión vertical).
5. CIANOBACTERIAS Y MICOPLASMAS
CIANOBACTERIAS
Las cianobacterias se conocen también como algas verdeazuladas o cianofíceas,
nombres que le vienen de que muchas presentan una coloración azul verdosa a causa del
pigmento ficocianina de color azul y por la clorofila verde; no obstante, existen
cianobacterias de colores muy variados según los
pigmentos que contengan. Las que contienen el pigmento ficoeritrina, de color rojo,
como las que abundan en el mar rojo.
Son organismos fotosintéticos con organización celular procariota como las eubacterias
y pueden superar cambios importantes de pH, temperatura y salinidad; algunas también
pueden fijar dióxido de carbono y nitrógeno atmosférico, lo que las hace muy
autosuficientes. Las hay que carecen de pared celular, y entre ellas se encuentran las que
se asocian con hongos para formar los líquenes.
De su estructura destacan:
· Una envoltura gelatinosa
· La pared celular
· El ADN situado en la parte central de la célula o centroplasma
· Las láminas con clorofila o tilacoides situadas en el resto del citoplasma o
cromoplasma
· Los ribosomas.
Morfológicamente, son muy semejantes a las bacterias fotosintéticas. Algunas viven
solitarias, pero con frecuencia forman colonias de distintas formas, siendo típicas las
filamentosas, rodeadas por una envoltura gelatinosa que da mayor consistencia a la
colonia y en la que se suelen presentar unas células incoloras denominadas heterocistos
que tienen la función de fijar nitrógeno atmosférico.
Aunque son procariotas, se diferencian de las eubacterias fotosintéticas por la presencia
de unas estructuras semejantes a los tilacoides de los cloroplastos y porque utilizan agua
como fuente de electrones, por lo que su fotosíntesis es oxigénica.
Debido a su estructura tan simple y a que utilizan sustancias muy sencillas para
satisfacer sus necesidades de materia, junto con su actividad fotosintética, se las ha
considerado como organismos causantes de la transformación de la atmosfera primitiva
anaerobia en la actual aerobia.
¨ MICOPLASMAS
Los micoplasmas son las células mas pequenas de vida libre que se conocen. Tienen
organización
procariota, al igual que eubacterias y cianobacterias, aunque presentan una gran
diferencia: carecen de
pared celular y están rodeados por una membrana lipoproteica.
Contienen ADN circular bicatenario, ARN, ribosomas y diversas proteinas. Su genoma
es más sencillo que el de las bacterias. Por su pequeño tamaño y por su facilidad para
deformarse, al carecer de pared celular, atraviesan fácilmente los filtros que retienen las
bacterias.
Se conocen unas setenta especies; unos viven en relación de comensalismo en plantas,
animales o humanos; otros son parásitos y producen enfermedades. En el hombre se
encuentran como comensales en las mucosas oral y urogenital, pero, sin duda, el más
conocido y estudiado ha sido Mycoplasma pneumoniae, que es el agente causante de la
neumonía atípica, afectando a los epitelios de las mucosas
presentes en el aparato respiratorio.
Puesto que los antibióticos destruyen o debilitan la pared celular de las bacterias y los
micoplasmas carecen de ella, no son eficaces para combatirlos.
HONGOS MICROSCOPICOS
Pertenecen al Reino Fungi. Son organismos eucariotas y heterótrofos (des
componedores). Presentan paredes rígidas formadas por quitina.
Ecología: algunos acuáticos, la mayoría terrestres (saprofitos), parásitos (micosis),
simbiosis (líquenes)
1. MOHOS (hongos microscópicos pluricelulares): están formados por filamentos
celulares, llamadas Hifas que, en conjunto forman un cuerpo vegetativo, denominado
micelio.
La reproducción asexual es mediante esporas haploides que generaran un nuevo
micelio o por la simple fragmentación del micelio para dar otros nuevos.
La reproducción sexual se produce por la formación de cuerpos especializadas con
más de un núcleo haploide (denominadas gametangios) que se fusionan dando lugar a
nuevas estructuras, con varios núcleos diploides que se pueden considerar cigotos, que
tras un periodo de latencia y en condiciones adecuadas (y previa meiosis) dan lugar a
esporas haploides que originaran nuevos micelios.
Ecología: se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza, pudiendo vivir en
condiciones
extremas: sequedad, acidez extrema, exceso de azúcar.
Ejemplos importantes: Moho del pan (Rhizopus); moho de la fruta (Penincillium), este
es especialmente importante debido a que produce antibióticos.
2. LEVADURAS (hongos microscópicos unicelulares): tienen forma cilíndrica u
oval.
Se reproducen asexualmente mediante gemación y sexualmente mediante esporas.
Ecología: Están adaptadas a vivir en medios ricos en azucares (frutas, flores, corteza de
arboles). Pueden vivir en simbiosis con animales o ser patógenos.
Ejemplos importantes: aquellos que se utilizan en microbiología industrial para
producir fermentaciones alcohólicas (Saccharomyces); especies patógenas (Candida).
7- PROTOZOOS
Son eucariotas unicelulares heterótrofos. Sin pared celular y pueden tener movilidad.
Reproducción: Su reproducción asexual es por división binaria o gemación. La
reproducción sexual por conjugación (en la que hay fusión de gametos).
Nutrición: mediante fagocitosis o linfocitosis.
Ecología: viven en medio acuático, en el suelo, sobre materia orgánica o son parásitos
(muchos de ellos causan enfermedades).
Movimiento: cilios, flagelos, pseudópodos, los parásitos son inmóviles. (Esta
característica se utiliza para su clasificación).
Ejemplos importantes: Forman parte del plancton (dinoflagelado, Paramecium),
forman depósitos minerales (foraminíferos), parásitos (Plasmodium- paludismo/
Trypanosoma- enfermedad del sueño/ Entamoeba-disenteria).
8- ALGAS MICROSCOPICAS
Son eucariotas autótrofas unicelulares, que realizan fotosíntesis oxigénica.
Reproducción: Se reproducen asexualmente mediante bipartición, fragmentación o
por esporas. La reproducción sexual pueden llevarla a cabo en alternancia de
generaciones o por un tipo especial de
conjugación.
Nutrición: llevan a cabo la fotosíntesis oxigénica, con pigmentos como clorofilas,
carotenoides y ficobilinas. (La combinación de pigmentos se utiliza para su
clasificación)
Ecología: son unicelulares o coloniales. Acuáticas (agua dulce o salada).
Movimiento: presentan flagelos de manera constante o en algún momento de su ciclo
vital, que les permiten moverse por el medio acuático.
Ejemplos importantes: todas forman parte del fitoplancton (producción de oxigeno y
base de los ecosistemas acuáticos).
.
D. LOS MICROORGANISMOS EN LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS
Los ciclos biogeoquímicos describen el proceso de transformación de los distintos
elementos químicos por
la actividad biológica y su intercambio entre los componentes bióticos y abióticos de la
exosfera.
Los microorganismos participan activamente en estos ciclos debido a su amplia
distribución en todo tipo de ambientes, su facilidad de dispersión, su diversidad
metabólica y su pequeño tamaño y su condición unicelular, que favorecen un rápido
intercambio de nutrientes y productos metabólicos con el medio
ambiente.
CICLO DEL CARBONO
Es el ciclo más sencillo y perfecto, ya que el carbono regresa al medio casi al mismo
ritmo que es extraído de él.
Las plantas fijan al ano aproximadamente 4-9 .1010 toneladas de carbono.
El carbono es incorporado en forma de CO2 por los productores mediante la
fotosíntesis. Los consumidores incorporan el carbono al alimentarse de los productores,
y los descomponedores lo hacen al actuar sobre los cadáveres y los productos de
desecho. El proceso respiratorio de productores,
consumidores y descomponedores devuelve la mayor parte del carbono al medio en
forma de CO2. Otra parte se queda en forma precipitada en conchas, huesos dando lugar
a rocas calizas. Los fenómenos de vulcanismo que afectan a las rocas calizas y a los
combustibles fósiles devuelven a la atmosfera el carbono en forma de CO2
CICLO DEL NITROGENO
La atmosfera está constituida por un 79% de nitrógeno, pero solo algunas bacterias
(Clostriduim, Rhizobium, Azotobacter) y algas cianoficeas (Anabaena, Nostoc) son
capaces de aprovecharlo. El proceso de fijación del nitrógeno que realizan consiste en
combinar el N2 atmosférico con hidrogeno para formar amoniaco. Rhizobium
leguminosarum es una bacteria simbiótica en las raíces de las leguminosas donde forma
nódulos. Parte del nitrógeno fijado lo cede a las plantas en forma de compuestos
solubles en el citoplasma celular y la planta le cede azucares. En el caso de Clostridium
y Azotobacter, que son bacterias del suelo, el nitrógeno queda acumulado en ellas. La
acción de los descomponedores sobre los cadáveres y los productos de desecho del
metabolismo de productores y consumidores enriquecen el suelo de amoniaco. Este
proceso se denomina amonificación.
Casi todo el amoniaco que llega al suelo pasa rápidamente a ion nitrato por la acción de
bacterias Quimio sintéticas, este proceso se denomina nitrificación y ocurre en dos
etapas: las bacterias del género Nitrosomonas transforman el amoniaco en ion nitrito
(nitrosación) y las bacterias del genero Nitrobacter transforman el ion nitrito en nitrato
(nitratación) que constituye la fuente principal de nitrógeno disponible en el suelo para
las plantas superiores. Existe un proceso perjudicial para la agricultura denominado
desnitrificacion, que consiste en la transformación del nitrato en nitrito y este en
nitrógeno atmosférico que pasa al aire, este proceso lo realizan las bacterias
desnitrificantes como el género Pseudomonas.
I. LOS MICROORGAISMO COMO AGENTES PRODUCTORES DE
ENFERMEDADES
Microorganismos patógenos: son aquellos microorganismos causantes de
enfermedades, son parásitos.
Microorganismos oportunistas: es el que infecta a un organismo por encontrarse este
inmunodeprimido o bien por haber perdido su flora bacteriana propia.
Infección: se denomina infección al crecimiento de microorganismos en el hospedador.
Enfermedad infecciosa: enfermedad en la que se produce infección con éxito de un
microorganismo.
Epidemia: enfermedad que se propaga durante algún tiempo por un país, acometiendo
Simultáneamente a un gran número de personas.
Pandemia: Epidemia de gran intensidad que afecta a un gran número de personas de
una región muy extensa (afecta a numerosos países)
Enfermedad endémica: Enfermedad infecciosa, presente habitualmente en una
determinada región por causas locales.
Zoonosis: enfermedad transmitida por animales.
Vectores: cuando los animales actúan como intermediarios en la infección.
Reservorios: sitios en los que los microorganismos permanecen vivos.
Virulencia de un microorganismo: capacidad de estos para causar enfermedad, que
depende de su poder invasor y su toxicidad.
Toxinas: sustancia producida generalmente por bacterias que causa daño en el
organismo en que se encuentra.
Exotoxinas: proteínas liberadas al medio extracelular. Son importantes las enterotoxinas
ya que producen infecciones alimentarias. Toxina botulínica.
Endotoxinas: lipopolisácaridos que forman parte de la pared bacteriana y por tanto
permanecen unidas al microorganismo.
Vías de transmisión:
Transmisión directa: se produce como consecuencia de un gran contacto físico
(saliva, semen);
Transmisión vertical por la placenta y por inoculación, por transfusiones o
jeringuillas
Transmisión indirecta: a través de un objeto infectado (ropa, vendajes) o mediante el
aire, el agua, los alimentos, o un animal infectado (denominado vector)
Patógenos Vía de transmisión Enfermedad
Virus
Coronavirus
Contaco indirecto, aire Catarro
SRAS
Virus
Virus influenza
Contacto indirecto,aire Gripe
Bacteria
Streptococcus pneumonia
Contacto indirecto, aire Neumonía
Bacteria
Treponema pallidum
Contacto directo sexual Sífilis
Bacteria
Neisseria gonorrhoeae
Contacto directo sexual Gonorrea
Virus
Herpesvirus
Contacto directo sexual Herpes genital
Virus
Retrovirus
Contacto sexual
parenteral
VIH, Sida
Hongo
Candida
Contacto directo sexual Candidiasis
Hongo
Microsporidium
Contacto indirecto Dermatomicosis
Bacteria
Escherichia coli
Contacto indirecto, agua Diarrea del viajero
Bacteria
Corynebacterium
diphtheriae
Contacto indirecto, agua,
alimentos
Difteria
Bacteria
Vibrio cholerae
Contacto indirecto, agua,
alimentos
Cólera
Bacteria
Clostridium botulinum
Contacto indirecto,
alimentos en mal estado
Botulismo
Bacteria
Salmonella
Contacto indirecto
Alimento en mal estado
Salmonelosis
Bacteria
Clostridium tetani
Heridas en la piel con
tierra u objetos
contaminados con
esporas
Tétanos
Virus
Rhabdovirus
Mordedura de animales
vectores (perros,
murciélagos…)
Rabia
Protozoo
Plasmodium
Piel (picadura de
mosquito), vía parenteral
Malaria o paludismo
Medidas frente a las enfermedades infecciosas:
Medidas profilácticas o preventivas:
o La mejor nutrición aumenta las posibilidades de defensa del organismo
o Viviendas apropiadas, soleadas y sin humedad.
o No vivir hacinados
o Depuración de las aguas
o Sistemas de alcantarillados modernos
o Alimentos higiénicos y de calidad nutricional
o Educación sanitaria: reconocimientos médicos periódicos, vacunaciones
necesarias, higiene personal y de las casas
Desde el punto de vista de la lucha contra un patógeno:
o Aislamiento de los enfermos
o Desarrollo de la inmunidad de la población
o Aumento de la calidad de vida y educación sanitaria
o Métodos curativos:
Agentes antimicrobianos: son aquellos que perjudican la vida de los microorganismos
matándolos o impidiendo su reproducción. Los desinfectantes son agentes
antimicrobianos que se emplean para eliminar microbios de los objetos, mientras que
los antisépticos se utilizan sobre los tejidos de los seres vivos. Pueden ser de distintos
tipos.
Entre los físicos se encuentran el calor, el frio, la presión, las radiaciones; entre los
químicos hay muchos productos que matan a los microorganismos (yodo, alcohol);
entre los biológicos nos encontramos una serie de sustancias que actúan sobre el
microorganismo, principalmente impidiendo su reproducción, ya que interfieren en sus
funciones biológicas normales, entre ellos destacamos los antibióticos, vacunas,
sueros... Agentes quimioterapéuticos: son productos químicos de eficacia curativa que se
utilizan contra microorganismos, bien por combatir el germen patógeno, o bien por
fortalecer al enfermo mejorando su estado general. Los principales son las sulfamidas y
los antibióticos
Antibióticos
Los antibióticos son sustancias que se producen por algunos microorganismos, que
inhiben el crecimiento o matan a otros microorganismos. Los antibióticos constituyen
una clase especial de agentes quimioterapéuticos, Los antibioticos constituyen una de
las más importantes clases de sustancias producidas en los procesos microbianos a gran
escala.
Se han descubierto un gran número de antibióticos, pero tal vez, menos del 1% de ellos
han sido de valor práctico en medicina. Los que han resultado útiles han tenido un
impacto maravilloso sobre el tratamiento de las enfermedades infecciosas. También
existen antibióticos que pueden hacerse más efectivos mediante modificaciones
químicas y son los conocidos antibióticos semisintéticos.
Tipos de antibióticos
La acción antibacteriana de los antibióticos puede desencadenar distintos efectos:
Inhibición de la síntesis de la pared celular. B-lactámicos. Estos antibióticos incluyen
Penicilinas, cefalosporinas y tetraciclinas.
Alteración de la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática.
Inhibición de la síntesis de proteínas. Eritromicina, estreptomicina...
Inhibición de la síntesis de ácidos nucléicos. Rifamicina.
Sulfamidas
Las sulfamidas son agentes bacteriostáticos sintéticos que actúan sobre
microorganismos inhibiendo la síntesis de acido fólico
Se descubrieron en 1938 por el científico alemán Gerhard Domagk, por lo que le dieron
al año siguiente el premio Nobel.
Fueron los primeros antibióticos usados eficazmente. Ahora apenas se usan debido a
que los microorganismos han desarrollado resistencias.
Los microorganismos más sensibles son la Clamydia trichomonatis, Streptococcus
pyogenes,
Streptococcus pneumonica, Haemophilus influenzae, Nocardia, Actinomices...
2. INGENIERIA GENETICA
A. CONCEPTO Y APLICACIONES
El termino histórico de biotecnología se refiere a los procedimientos que utilizan
organismos vivos o sus productos para obtener o modificar otros productos, pero la
biotecnología moderna implica la manipulación deliberada de ADN de organismos
vivos con el propósito de fabricar o modificar un producto, mejorar plantas o animales o
desarrollar microorganismos para usos específicos.
Para poder llevar a cabo estos procesos de manipulación se han ido desarrollando una
serie de técnicas muy importantes que son lo que se denominan tecnología del ADN
recombinante o ingeniería genética.
Las técnicas de ingeniería genética permiten modificar los genes de un organismo
obteniendo organismos
Genéticamente modificados o la transferencia de genes de unos organismo a otros para
de este modo obtener organismos transgénicos.
B. INGENIERIA GENETICA
1. TECNOLOGIA DEL ADN RECOMBINANTE:
OBTENCION DE UN ADN RECOMBINANTE
Un ADN recombinante es aquel ADN formado por la unión de segmentos de ADN de
origen diferente.
Para conseguir esto hay diferentes herramientas fundamentales, que actúan de manera
secuencial:
1. Enzimas de restricción: estas son enzimas capaces de cortar el ADN en
fragmentos de pocos nucleótidos, llamados fragmentos de restricción, por
puntos determinados, denominados puntos de restricción , formando un
escalón, con extremos de una sola cadena (extremos cohesivos) que pueden
unirse a otras secuencias complementarias de otros fragmentos de ADN. Las
más utilizadas pertenecen a una bacteria llamada Escherichia coli.
2. Ligasas del ADN: que unirán el fragmento que se desea introducir en los
extremos cohesivos que se han generado anteriormente.
CLONACION DEL ADN
o Clonación de ADN mediante un vector
Clonar un fragmento de ADN consiste en la obtención de muchas copias idénticas
de dicho fragmento.
Para ello lo primero que hacemos es crear un ADN recombinante formado por el
fragmento de ADN que se desea clonar y un vector de clonación.
Un vector de clonación es una molécula de ADN pequeña capaz de entrar en una
bacteria (normalmente Escherichia coli) y autorreplicarse en ella.
El proceso es el siguiente:
1. Obtención de los plásmidos recombinantes (ADN que se desea clonar mas
plásmido) se incuba con un cultivo de bacterias, para que incorporen el plásmido
(transformación)
2. Se eliminan las bacterias que no hayan sido transformadas. Gen de
resistencia a un antibiótico.
3. Mantenimiento de las bacterias transformadas en un cultivo adecuado. Se
duplican, duplicando el plásmido.
Los vectores de clonación más importantes son: plásmidos y virus bacteriófagos.
Los vectores de expresión, son plásmidos que se utilizan para producir cantidades
continuadas de proteínas. Para ello se introducen en bacterias, levaduras o células de
mamíferos, que se utilizan como “factorías celulares”
Los vectores de expresión son plásmidos especialmente diseñados para cada tipo de
producción que llevan en una posición cercana al gen insertado, secuencia promotora
muy activa, para producir gran cantidad de moléculas de ARNm que se traducirá en la
proteína deseada.
o Clonación del ADN mediante Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
Esta reacción permite hacer rápidamente millones de copias de un gen sin necesidad de
incluirlo en un ADN recombinante de un vector de clonación, utilizando una ADN
polimerasa especial, termoestable (bacteria Thermus aquaticus), y activando una
reacción encadenada de copias y copias del mismo fragmento de ADN.
GENOTECAS DE ADN
Son el conjunto de clones de ADN que incluyen todas las secuencias del ADN de un
organismo, que habremos obtenido por alguna de las técnicas anteriores.
Existe un problema, ya que entre los clones que podemos haber obtenido mediante
clonación, vamos a tener secuencias de ADN no codificantes, para eliminarlos podemos
clonar solo el ADN que se transcribe a ARNm, que corresponderá a los genes que
codifican para proteínas.
Para ello:
1. Extraemos los ARMm maduro de una célula y los pasamos mediante
transcriptasa inversa a ADNc (ADN complementario de cadena sencilla)
2. A continuación la ADN polimerasa sintetiza la cadena molde y forma un
ADNbc 3. Por último, estas moléculas de ADN se insertan en vectores de clonación y se
somete al proceso de clonación antes visto.
LOCALIZACION ESPECÍFICA DE UN GEN: HIBRIDACION DEL ADN
MEDIANTE TECNICA DE SOUTHERN
Para localizar un determinado gen de interés dentro de nuestra genética, se utilizan
sondas de ADN (que es una cadena sencilla) marcadas radiactivamente o con
fluorescencia que son complementarias de la secuencia del gen que estamos buscando y
que se hibridara con él, posteriormente lo podemos detectar en un cultivo mediante
autorradiografia.
2. APLICACIONES DE LA INGENIERIA GENETICA
· Aplicaciones medicas:
Obtención de Insulina: la molécula producida por bacterias es idéntica a la que se
produce en el páncreas humano ya que se les ha introducido el gen de la insulina
humana.
Obtención de hormona del crecimiento: hasta 1985 la única fuente de esta hormona
producida en la glándula hipófisis era la de cadáveres, desde esta fecha se obtiene por
ingeniería genética.
Obtención del Factor VIII: esta proteína interviene en la coagulación, está presente
en la sangre.
Hasta hace poco, las personas hemofílicas la obtenían mediante transfusión de donantes
de sangre, actualmente se obtiene por ingeniería genética.
Obtención de vacunas: como la vacuna de la hepatitis B y otras de uso animal.
Terapia génica: tiene como finalidad conseguir el tratamiento, curación o
prevención de enfermedades por medio de la transferencia de material genético o la
modificación de la expresión de los genes.
Consiste en la introducción de un gen que restablezca, en las células del individuo, la
función del gen deteriorado de manera que produzca la proteína deficiente.
Actualmente se están investigando en el caso de: cáncer, Alzheimer, Parkinson,
Diabetes, fibrosis quística...
· Aplicaciones en agricultura y ganadería:
Obtención de animales transgénicos de utilidad: los animales son aquellos que
llevan en sus células algún gen procedente de otro organismo. Estos tienen diversas
aplicaciones:
Fabricación de órganos: el trasplante de órganos procedentes de otra especie se
denomina xenotrasplante. Da mucha reacción pero se está tratando de evitar.
Granjas farmacéuticas: fabricación de proteínas de interés terapéutico en la leche
de animales como la vaca, oveja, cerda...
Animales “Knockout”: son animales en los que se inactiva un gen o se sustituye el
gen funcional por un alelo mutante, para estudiar sus efectos.
Obtención de plantas transgénicas: se ha aplicado ya a numerosas plantas, como el
arroz, el maíz, el algodón, la soja... y se han producido variedades con nuevas
características como:
Mayor protección frente a plagas, ya que fabrican ellas mismas sustancias que las
protegen.
Resistencia a herbicidas.
Producción de frutos con mejores características o más saludables.
Mayor tolerancia a condiciones adversas.
3. BIOTECNOLOGIA Y MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL
A. CONCEPTO Y APLICACIONES
La microbiología industrial cultiva los microorganismos a gran escala para realizar
importantes transformaciones químicas o para obtener productos comerciales de gran
valor.
Comenzó con la fabricación de vino y cerveza hace 8000 anos por parte de sumerios y
babilónicos. Más tarde hace aproximadamente 6.000 anos, los egipcios usaban la
fermentación para la obtención de pan y vino. Otros procesos antiguos utilizaban el
“cuajo” obtenido del estomago de terneros para transformar la leche en queso, o el uso
de bacterias como Lactobacillus caseii para la obtención de yogur.
Desde su comienzo hasta hace relativamente poco tiempo, la selección de los
microorganismos, se llevaba a cabo seleccionando los más productivos en los medios de
cultivo, ahora sabemos que los microorganismos se manipulan genéticamente mediante
ingeniería genética para hacerlos más productivos, o bien, se crean organismos nuevos.
La biotecnología como campo de conocimiento nuevo surge a principios de los 70, pero
su auge se produce como consecuencia del perfeccionamiento de las técnicas de
ingeniería genética, ahora cada vez
Se incluye ámbitos mas variados, de tal manera que es difícil saber donde comienza esta
ciencia o ramas.
La definición quizá mas completa sea la que proporciona Steve Prentis: “el rasgo
esencial de la biotecnología, es que utiliza y modifica microorganismos o células
obtenidas de animales o plantas, pero excluye aquellas actividades que comportan
plantas o animales completos”.
Uno de los campos de aplicación más espectaculares de la biotecnología es la medicina,
en la detección de enfermedades genéticas y en su terapia. Igualmente tiene aplicaciones
de enorme importancia en la agricultura, ganadería, industria farmacéuticas y de otro
tipo, así como en la protección del medio ambiente
(Descontaminación, conservación de especies en peligro de extinción, etc.)
B. BIOTECNOLOGIA APLICADA A LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
Producción de bebidas alcohólicas: el vino, la cerveza, sidra…se obtiene de la
fermentación alcohólica de zumos de frutas, sobre todo, de mosto de la uva, aunque
también se puede formar de otros materiales ricos en azúcar.
Fabricación de vino, pasos:
O Triturado de la uva y obtención del mosto (rico en glucosa)
O Esterilización del mosto, para evitar la transformación por microorganismos
indeseados.
O Inoculación con Saccharomyces uvarum, que llevan a cabo la fermentación
alcohólica, seguida de otra denominada malolactica.
O Trasiego: separación del vino de los sedimentos.
O Envejecimiento en cuba durante tiempo, produciéndose el desarrollo del sabor del
vino.
Fabricación de cerveza, pasos:
O Molienda de las pepas de cebada
O Macerado de los granos (preparación del mosto). El malteo de la cebada es la
germinación controlada de la cebada durante la cual se forman las enzimas y se
modifican suficientemente las reservas alimenticias de manera que puedan ser
hidrolizadas adicionalmente durante la maceración
O Hervido del mosto y agregado del lúpulo. Las flores de la planta del lúpulo (también
llamadas conos o pinas) contienen en su interior unas glándulas de color amarillo. Estas
Glándulas están llenas de una resina llamada lupulino, que es el principio activo que los
Cerveceros buscan en el lúpulo. La lupulina aporta: a. Componentes amargos. Son
aportados principalmente por los llamados ácidos alfa. Dotan a la cerveza de su
característico amargor, contribuyen a la formación de espuma y ayudan a la
conservación de la cerveza. b.
Componentes aromáticos. Son los llamados aceites esenciales. Incorporan aroma y
sabor a la cerveza
O Inoculación con Saccharomyces cerevisia, que llevan a cabo la fermentación.
O Maduración
Producción de derivados lácteos: la fabricación de yogur, mantequilla, queso y
otros lácteos, se realiza mediante fermentación láctica, e implica la participación de
varios microorganismos, de los que destacamos las bacterias Lactobacillus y
Streptococcus.
Pasos:
O Transformación de la leche en cuajada por la acción de las bacterias lácticas
presentes en la leche, que consumen la lactosa de la leche y la transforman en acido
láctico, que modifica el pH y las proteínas coagulan. Se produce por tanto un suero que
se retira. Se puede realizar el proceso utilizando la enzima presente en el cuajo.
O Maduración del queso. En el caso de los blandos la realizan las levaduras y hongos
(Penincillium) presentes en la superficie del queso. En los duros la realizan bacterias
Lácticas.
Para la fabricación de yogur, actúan sobre leche entera dos bacterias, Lactobacillus
bulgaricus y Streptococcus thermophilus.
C. BIOTECNOLOGIA APLICADA A LA INDUSTRIA FARMACEUTICA
Produccion de antibióticos: Los antibióticos son sustancias quimicas elaboradas por
microorganismo que inhiben o matan el crecimiento de otros microorganismos. En una
primera fase, el trabajo ha consistido, y consiste, en la prospección en busca de bacterias
y hongos con capacidad para producir sustancias de carácter antibiótico, en una segunda
fase, pueden obtenerse genes a partir de los cuales y por transformación bacteriana,
proceder a la producción con carácter industrial.
Estos son producidos por bacterias como Streptomyces o hongos filamentosos como
Penincillium y Aspergillus.
Producción industrial de vacunas y sueros: se obtienen proteínas concretas del
patógeno para fabricar la vacuna, de este modo, no se puede activar este en ningún caso,
es el método utilizado en la fabricación de la vacuna de la hepatitis B.
En el caso del suero se obtienen los anticuerpos concretos también por medio de
técnicas de ingeniería genética.
Producción de otras sustancias: Hormonas (insulina, hormona del crecimiento);
factores de coagulación, enzimas (colagenasas, para activar la cicatrización de heridas).
Utilizando bacterias transformadas con los genes que producen estas sustancias,
cultivándolas en grandes tanques fermentadores para producirlas en grandes cantidades.
D. BIOTECNOLOGIA Y MEDIO AMBIENTE
Biorremediación: es la utilización de microorganismos para eliminar la
contaminación del medio ambiente
Fitorremediación: consiste en la utilización de vegetales para eliminar sustancias
contaminantes del suelo
Biodegradación: son las transformaciones destructivas que llevan a cabo los
microorganismos.
Aplicaciones de la biorremediación:
Utilización de microorganismos para eliminar hidrocarburos, tanto del suelo como
del agua, como las manchas de petróleo, llevada a cabo por la bacteria Pseudomonas o
la levadura Candida.
Tratamiento de residuos industriales altamente contaminantes
Destrucción de pesticidas, tanto insecticidas como herbicidas, que son compuestos
que no existen de forma natural (xenobióticos)
Eliminación de metales pesados, como el mercurio y el cadmio
Tratamiento de aguas residuales mediante bacterias que eliminan metales que
acumulan en su citoplasma (Thiobacillus) uranio (Psedomonas aeruginosa), fenoles y
derivados (Nocardia
corallina)
E. BIOTECNOLOGIA APLICADA A INDUSTRIAS AGROPECUARIAS
Producción de proteínas para suplementos biológicos: se producen haciendo
crecer bacterias o levaduras transformadas que son ricas en proteínas. Una vez
conseguida la cepa se la hace crecer lo más rápidamente posible y en el medio de
cultivo más barato, como puede ser metanol, o productos de desecho de las industrias,
por ejemplo de las papeleras. La levadura Candida utilis, el alga Spirulina máxima.
Conservación de especies y variedades de vegetales en peligro de extinción:
mediante técnicas de micro propagación y crio conservación. En la actualidad existen
bancos genéticos internacionales donde se guardan miles de especies y variedades
cultivadas.
Resistencia a herbicidas: los principales objetivos van en obtener plantas resistentes
a herbicidas, virus, hongos, nematodos; así como factores ambientales que provocan
estrés en las plantas, como calor, frio, salinidad, sequia…
4. EJERCICIOS DE SELECTIVIDAD DE MICROBIOLOGIA Y
BIOTECNOLOGIA
1. En relación con los agentes infecciosos y microorganismos de interés industrial:
a. Desde un punto de vista taxonómico, mencione cuatro grupos distintos de agentes
infecciosos (1 punto).
b. Ponga un ejemplo de agente infeccioso y mencione la enfermedad que causa (0,5
puntos).
c. Mencione un proceso industrial en el que participe un microorganismo, señalando el
grupo taxonómico al que pertenezca (0,5 puntos).
2. Con relación a la utilización de los microorganismos con fines industriales:
a. Defina el concepto de biotecnología (0,5 puntos).
b. Mencione un microorganismo utilizado en la industria alimentaria, y explique
brevemente el proceso en el que participa (0,75 puntos)
c. Mencione un microorganismo utilizado en la industria farmacéutica, y explique
brevemente el proceso en el que participa (0,75 puntos).
3. En muchos procesos relacionados con la industria alimentaria se producen
fermentaciones por microorganismos.
a. Ponga un ejemplo de dichos procesos y mencione el tipo de microorganismo
implicado (0,5 puntos).
b. Comente la función metabólica que desempeña el microorganismo citado e indique
los
Productos iniciales y finales del proceso (0,75 puntos).
c. Realice un esquema del microorganismo citado, haciendo referencia a su
organización
Estructural (0,75 puntos).
4. Algunos microorganismos y otros agentes patógenos son los responsables de
numerosas
Enfermedades infecciosas.
a. Cite cuatro vías de transmisión de las enfermedades infecciosas y ponga un ejemplo
para
Cada una de ellas (1 punto).
b. .Que significan los siguientes términos: epidemia, pandemia, enfermedad endémica y
Zoonosis? (1 punto).
5. En la industria alimentaria existen procesos en los que se utilizan levaduras.
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a. Ponga un ejemplo de proceso industrial relacionado con la industria alimentaria en el
que se utilicen levaduras e indique como se denomina el proceso metabólico que tiene
lugar (0,5 puntos).
b. ¿.Cual es el balance global del proceso metabólico citado anteriormente? (0,5
puntos).
c. Realice un esquema de la organización celular de las levaduras (1 punto).
6. Algunos microorganismos viven en simbiosis con los vegetales.
a. Explique en que consiste la simbiosis (0,5 puntos).
b. Mencione los tipos de microorganismos que intervienen en el ciclo del nitrógeno (0,5
puntos).
c. Explique la importancia para la agricultura de la simbiosis microorganismos-plantas
en el ciclo del nitrógeno y ponga un ejemplo (1 punto).
7. Bacterias y levaduras son microorganismos que pueden realizar fermentaciones para
la obtención de energía.
a. Señale las diferencias fundamentales de organización celular entre estos dos tipos de
microorganismos (1 punto).
b. Ponga un ejemplo de fermentación realizada por bacterias e indique el balance global
de la misma (0,5 puntos).
c. Ponga un ejemplo de fermentación realizada por levaduras y mencione un proceso
industrial en el que tenga aplicación (0,5 puntos).