1. Principios Microbiologia_ind

8/17/2019 1. Principios Microbiologia_ind

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Principios deMicrobiología Industrial


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DEFINICION

Microbiología. Es el estudio de los microorganismos. Estudia

organismos que sólo son visibles a través del microscopio.Microbiología industrial: Es la aplicación de la biotecnología demicroorganismos en la industria.Por ejemplo, la producción de: alimentos (fermentación del vino,pan o cerveza) y suplementos dietéticos (como vitaminas o

aminoacidos); biopolimeros, como el xantano, acido hialuronico,polihidroxialcanoatos; bioremediacion o tratamiento de desechos;produccion de principios activos para la medicina, como: insulinay hormona del crecimiento.•La Microbiología Industrial se ocupa de producción de bienes yservicios con células microbianas.


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ETAPAS EN EL DESARROLLO DE LAMICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: (Esquema de

Collard, propuesto en 1976)

•(Tortora et al, 2007) refiere que Collard propone el siguienteesquema:•a.- Microbiología antigua (Periodo especulativo)•El hombre uso los microorganismos desde tiempos muyantiguos, sin saber de su existencia. La cerveza se produciaantes del 6000 a.C. por sumerios y babilonios, y en elantiguo Egipto se producia en 1700 a.C.; existe evidencia desu producción de vino y vinagre antes del 2000 a.C. en

Egipto y China, asimismo, el pan se conoce desde 4000 a.C.En este periodo, predomino la idea de Aristóteles, y la Biblia,que proponian que algunos seres vivos podían originarse apartir de materia inanimada.


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b.- Descubrimiento del microscopio. 1675.

•Periodo de lenta acumulación de observaciones (desdel675 hasta la mitad del siglo XIX)•Antonie Van Leeuwenhoek, en 1675, fabricó unmicroscopio simple, con aumentos de hasta 300 veces.

•Descubrió que en una gota de agua de estanque habíanuna variedad de pequeñas criaturas que llamó“animálculos”.

•En 1683 descubre las bacterias. (se le considera elfundador de la Histología animal).


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c.- Pausteur (de cultivo de microorganismos,que llega hasta finales del siglo XIX)

•Pasteur en 1864, demostró la imposibilidad de la generaciónespontánea de la vida. Para ello, expuso caldos hervidos enmatraces provistos de un filtro que evitaba el paso departículas del exterior, simultáneamente expuso otrosmatraces que carecían de ese filtro.•Observó que nada crecía en los caldos con filtro,demostrando que los organismos vivos que aparecían en losmatraces sin filtro provenían del exterior, que losmicroorganismos del aire, son los que descomponen lamateria orgánica, y que todo ser vivo procede de otro servivo.•La teoría de La Biogénesis: Plantea que la vida surge dela vida.•Este principio científico, fue la base de la teoría germinal de

las enfermedades y la teoría celular y significó el inicio de lamicrobiología moderna.


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•Griffith descubrió que alinyectar a ratones con

neumococos novirulentos (R) junto conrestos de neumococospatógenos (S) «muertos»por calentamiento, los

animales mueren deneumonía y en su sangrehabía bacterias (S) vivas.•Concluyo, que, el

neumococo no virulentose transforma en elcuerpo del ratón y,adquiere virulencia.


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•Avery y su equipo se interesó en identificar este «principiotransformador», y experimentaron usando tubos de ensayoen vez de ratones.•Usaron detergente para descomponer las células lisas (S)muertas por calor, aislando la lisis, que agregaron a otrostubos. Los tubos mostraron que la lisis de S muerta porcalor podían cambiar una rugosa a lisa. El principio

transformador estaba en algún lugar de la lisis.•Probaron la actividad transformadora decada componentede la lisis.•Primero incubaron la lisis de cepa lisa muerta por calor con

enzimas carbohidrasas, que consume la cubierta deazúcar. La lisis producia transformacion.•Luego incubaron la lisis con enzimas proteasas y la lisisseguía trasformando, así que el principio trasformador noera proteína.


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Precipitaron los ácidos nucleicos con alcohol, disolvieron la mezclacon alcohol en agua, y destruyeron el ARN con enzima ARNasa, lasolución todavía tenía capacidad transformadora.Cuando quedo ADN puro, incubaron la solución con enzima ADNasa,

siendo la solución, incapaz de transformar los R en S. Avery y suscolegas concluyeron que el ADN era el principio transformador.


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e.- Microbiología moderna

•La microbiología recibe impulso de la Ingeniería genética. Seproduce: Insulina, Hormona humana de crecimiento, etc.•La microscopía electrónica permitió dilucidar la estructura delos hongos, bacterias, protozoos y virus.•Actualmente, se ha dividido en distintas ramas:

–La microbiología médica. Estudia los microorganismospatógenos y la forma de combatirlos. –La microbiología ecológica. Estudia el nicho que lecorresponde a los microorganismos en el medio,

–La microbiología agrícola. Estudia las relacionesexistentes entre plantas y microorganismos, –Microbiologia industrial. Estudia la aplicación de losmicroorgnismos en la industria.


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NOMENCLATURA DE LOSMICROORGANISMOS

•El método de nomenclatura que se utiliza actualmente paralos organismos fue establecido en 1735 por CarolusLinnaeus.•Los nombres científicos se latinizan.•Una especie se nombra con el conjunto de género y epíteto

específico y ambas palabras se escriben subrayadas o encursiva. Escherichia coli•Por costumbre, una vez que se ha mencionado un nombrecientífico puede ser abreviado en lo sucesivo con la inicialdel género seguida del epíteto específico. E. coli

•Los nombres científicos pueden, entre otras cosas, describirel organismo, honrar a un investigador o identificar el hábitatde la especie. El género de la bacteria Escherichia coli aludea un científico, Theodor Escherichia, mientras que el epítetoespecifico coli, nos recuerda que E. coli vive en el colon o

intestino grueso.


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CLASIFICACIÓN DE LOSMICROORGANISMOS

•En 1969 Robert Whittaker, de la Universidad de Cornell,propuso un sistema de clasificación de los seres vivos, encinco reinos basado en la organización celular y modelosnutricionales.•Procariotae o Monera (eubacterias y arqueobacterias).•Protista (hongos mucosos, protozoos y algunas algas).•Fungi (levaduras unicelulares, mohos pluricelularesyhongos carnosos).•Plantae (algunas algas, musgos, helechos, coníferas y

plantas con flores).•Animalia (que incluye, esponjas, gusanos, insectos yvertebrados).


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COMPONENTES DE LAMICROBIOLOGÍA

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La biología de los microorganismos estudia su estructura,metabolismo y genética.•La estructura de microorganismos permite sureconocimiento inicial.•El metabolismo. Conjunto de reacciones de producción de

energía (catabolismo) y de síntesis (anabolismo) que lespermite crecer y multiplicarse.•La genética estudia el proceso de transmisión de lainformación de un microorganismo.

•La ecología microbiana estudia cómo se relaciona unmicroorganismo con el ambiente que lo rodea, utilizando losnutrientes que encuentra y produciendo desechos que loalteran de forma substancial.

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BIOTECNOLOGÌA Y MICROBIOLOGIAINDUSTRIAL

Los agentes biológicos, usados en biotecnologia, pueden serenzimas o células de microorganismos, animales y vegetales.•La Microbiología Industrial estudia la producción de bienes yservicios con células microbianas.•Las áreas principales de aplicación industrial, son: alimentos,

producción vegetal y animal, insumos industriales, minería yMedio ambiente.


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a.- En la industria•1. Metabolitos primarios y secundarios. Los metabolitos primariosson producidos en paralelo al crecimiento celular, como el etanol olos ácidos orgánicos.•Saccharomyces cerevisiae: etanol•Clostridium acetobutilicum: butanol, acetona.• Bacillus (enzimas industriales)•

Aspergillus (amilasa, proteasas, celulasas,pectinasas)• Aspergillus niger (ácido cítrico y glucónico)•Con Streptococcus lactis, se obtiene yogurt, con Saccharomycesspp., se produce cerveza, vino, sidra, con Acetobacter se produce

vinagre, con Bacillus spp., se produce saborizantes, conStreptococcus spp., se produce quesos, etc. (Andino y Castillo)•Los metabolitos secundarios no tienen relación directa con la síntesisde materiales celulares, ni con el crecimiento.•La Microbiología Industrial es vital en la producción de antibioticos,

como penicilina, estreptomicina.•Xanthomonas campestris: (goma xantano) Hongo Aspergillus sp.


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En la industria

•2. Producción de células, como levaduras o algas.

•Las células se pueden usar en la alimentación tanto humana, oanimal.•En respuesta a la demanda de alimentos, se investigan nuevasfuentes de alimentos. Una de ellas es la proteína unicelular,(SCP) producida por microorganismos.

•La ventaja de la proteína unicelular sobre las cosechas vegetaleses que los microorganismos crecen rápidamente y puedenproducir un rendimiento elevado, que se estima en unas 15 vecesmayor que la cantidad de semilla de soja (un alimento de altocontenido proteico) y 50 veces mayor que la cantidad de maízcultivado en el mismo tiempo. Por ejemplo, 1,5 tm de levaduraspueden producir 50 tm de proteína diariamente. Sin embargo, laproteína unicelular no es muy apetitosa y por el momento se lautiliza principalmente para la alimentación animal.


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En la industria•3. Enzimas y otras proteínas. Existen muchos enzimasde producción industrial (amilasas, pectinasas,

proteasas,etc). Otros tipos de proteínas pueden ser útiles,como la insulina, el interferón.•4. Otros productos. como:•- polisacáridos, que tienen muchos usos, como por

ejemplo aditivos alimentarios.•- Bioplásticos•- Ciertas vitaminas•- Esteroides, ácidos grasos, etc.•7. Lixiviación. Los microorganismos pueden usarse en larecuperación de metales a partir de minerales, concontenidos de metales muy bajos. La biolixiviación larealiza Thiobacillus ferrooxidans.


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b.- Aplicación en remediacion ambiental

•Se pueden utilizar diversos microorganismos para afrontarproblemas de tratamiento y control de la contaminaciónquímica de distintos ecosistemas.•Algunas de las aplicaciones son las siguientes:•- Eliminación de metales pesados.•- Eliminación de mareas negras.

•- Obtención de energía no contaminante.•- Tratamiento de residuos urbanos e industriales.•- Tratamiento de diferentes tipos de contaminaciónasociados a la industria del petróleo.•- Tratamiento de la contaminación producida por herbicidas,y pesticidas.•- Depuración de aguas residuales.


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•Depuración de aguas residuales•Las aguas residuales contienen un 99,9% de agua con unascentésimas del 1% de sólidos en suspensión, el resto está

formado por una variedad de materiales disueltos.•Estos materiales indeseables y los microorganismos peligrososson eliminados en las plantas de tratamiento de aguas residuales.Para ello se combinan varios procesos físicos y químicos con lautilización de microbios beneficiosos. Primero se retiran sólidos

grandes como papel, madera, vidrio, grava y plástico; queda ellíquido con materiales orgánicos que las bacterias convierten ensubproductos como dióxido de carbono, nitratos, fosfatos,sulfatos, amonio, ácido sulfhídrico y metano.•Actualmente las aguas residuales se tratan siguiendo una seriede procesos aeróbicos clásicos, como son: –o Lodos activos –o Lechos bacterianos –o Lagunas facultativas –

o Reactores de células inmovilizadasEstos procesos hacen que la materia orgánica en suspensión en


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•- Residuos sólidos. Estos residuos van desde la basuradomestica, hasta los lodos de las depuradoras de aguas.•Los residuos sólidos se someten normalmente a procesos de

digestión anaerobia, que reduce el volumen de los residuos. Encondiciones de anaerobiosis, una buena parte del sustrato apartir del cual crecen las bacterias deberá ser dedicado a laobtención de energía, de manera que el crecimiento de bacteriasa partir del sustrato es bajo. Los residuos orgánicos pasan a sercasi totalmente CH4 y CO2, lo que se conoce como biogas. Elmetano producido puede ser un combustible, por lo que puedeser usado como fuente de energía.•- Xenobióticos. Se trata de productos producidos químicamente

por el hombre, y que no pueden ser degradados por los seresvivos. También pueden darse vertidos de sustanciasrecalcitrantes, que son de difícil y lenta degradación. Se handescubierto una serie de organismos capaces de degradarlos,que son inoculados cuando se produce un vertido.


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c.- Ingeniería genética

•Tiene también importantes aplicaciones en la medicina, laagricultura y la mejora de la produccion industrial.•Las técnicas de DNA recombinante se han utilizado paraproducir varias proteínas naturales que resultarían de otro modomuy costosas y difíciles de aislar y purificar. Entre ellas seencuentra la insulina, una hormona utilizada para disminuir laconcentración sanguínea de glucosa en diabéticos; una hormonade crecimiento necesaria durante la infancia; el interferón, unasustancia antivírica (y posiblemente anticancerosa); el factor VIII,un factor de coagulación que falta en la sangre de los

hemofílicos, etc.


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d.- Aplicaciones analíticas.•Microorganismos como biosensores. Se pueden usar tanto losmicroorganismos vivos, como sus enzimas u orgánulos unidos aelectrodos de manera que las reacciones biológicas generan corrienteseléctricas. Esto permite medir concentraciones de compuestosespecíficos en diferentes entornos, detectando contaminantes, aditivosen alimentos.•Otro uso analítico de los microorganismos son los bioensayos, que

consisten en la determinación de una sustancia biológicamente activa,ya sea conocida o no, sobre material vivo. No todos los bioensayosimplican el uso de microorganismos. Antes de producir una sustancia aescala industrial, deberemos realizar con ella una serie de bioensayos,que mida una serie de factores de dicha sustancia.

–- Biodegradabilidad. Toda sustancia que sea producida a gran escalaindustrialmente, en cantidades de toneladas, ha de ser biodegradable,porque si no lo fuese se acumularía muy rápidamente en losecosistemas. Se han de hacer una serie de ensayos en el laboratorioque demuestren dicha biodegradabilidad. En términos legales, cuandohablamos de biodegradable, en realidad nos referimos a que el 70% delproducto es biodegradable, pasando a ser tan solo agua y dióxido de


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•- Mutagenicidad. El problema que presenta la mutagenicidad esque los efectos se pueden producir muy adelante, incluso en ladescendencia, por lo que los ensayos que comprueban esto son

muy largos y complejos. El test más empleado actualmente es elque se conoce como test de Ames. Ames obtuvo mutantes His-

de S. typhimurium. Este mutante tiene una tasa de reversiónelevada de aproximadamente 10-4, que Ames tenía muy bienmedida. Esta bacteria se ponía en contacto con la sustancia a

comprobar. Si aumentaba la tasa de reversión, se trataba de unproducto mutagénico, en caso de no aumentar era nomutagénico. El problema radica en que muchas sustancias sonpremutágenos, que en su forma inicial no son mutagénicas, peroque al llegar al hígado se activan y pasan a ser mutágenos. Paracomprobar que la sustancia no es un premutágeno se leadministraba a una rata. Después se sacrificaba, se extraía elhígado y se sometía a éste a una centrifugación diferencial.Aíslas entonces las fracción microsomal, que contendrá

premutágenos activados y la compruebas con S. typhimurium.


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e.- En agricultura•En la producción agropecuaria, la producción vegetal y animal porun conjunto variado de procesos microbiológicos, han enriquecido

notablemente en los últimos años con la utilización de técnicas deingeniería genética.•Rhizobium spp. fertilizante de leguminosas•Giberella fijikuroi , acido giberélico.•Bacillus thuringiensis. Bioinsecticidas.

Vista. Bacteria Rhizobium sp.

•Microorganismos en el control de los insectos. El control de los

insectos es importante para la agricultura.•Actualmente varios tipos de bacterias están siendo utilizados parareducir las infestaciones por insectos. Bacillus thurigiensis se utilizada enlos Estados Unidos para controlar plagas como el gusano de la alfalfa, laoruga de la cápsula del algodonero, las orugas taladradoras del maíz, las

orugas de la col, etc.•Esta especie bacteriana produce cristales de proteína que son tóxicos


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VENTAJAS DE LOS MICROORGANISMOSCOMO UNIDADES DE PRODUCCIÓN

-Rápido crecimiento. Tiempo de reproducción de bacteriaspuede ser de 30 minutos.-Diversidad metabólica. Cada microorganismo puedeproducir diversos metabolitos.

-Crecimiento en gran escala y separación fácil de productosy sustratos. Es mas fácil extraer compuestos de célulasmicrobianas que de células vegetales i/o animales.-Facilidad de manipulación genética. Los microorganismospueden ser modificados genéticamente para producir

diversos metabolitos, como el mucor miehei, modificadopara producir enzima quimosina (cuajo lechero)-Tecnologías limpias. No se usan reactivos químicos, y elcaldo residual (efluente) puede ser esterilizado e incluso

utilizado, como en el caso de la cerveza.

CLASES DE


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CLASES DEMICROORGANISMOS

•Por el tipo de célula. –Procariotas. –Eucariotas.•Por la temperatura de desarrol lo. –Psicrófilos. –Mesófilos. –Termófilos.•Por su relación con el oxigeno.

–Aerobios. –Anaerobios. –Facultativos.

CLASIFICACION


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CLASIFICACIONPropuesta de Whittaker

•Sistema de clasificación en cinco reinos basado en la

organización celular y modelos nutricionales de losorganismos. –Monera. tienen célula procariota, son unicelulares,autótrofos o heterótrofos y su reproducción es asexual.Ejemplo: las bacterias.

–Protista. Tienen célula eucariota, son unicelulares opluricelulares, autótrofos y heterótrofos, de reproducciónsexual y asexual. Ejemplo: las algas y los protozoos. –Fungi. Tienen célula eucariota, son uni o pluricelulares,heterótrofos, de reproducción sexual y asexual. Ejemplo:

levaduras unicelulares, mohos y hongos carnosos). –Plantae. Tienen célula eucariota, son pluricelulares, yautótrofos, de reproducción sexual o asexual. Ejemplo: lasplantas. –Animalia. Tienen celula eucariota, incluye, entre otros,

gusanos, insectos y vertebrados.


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•Clasificación biológica según Woese.•

El mismo añade un nivel superior al de Reino que sedenomina Dominio. Por lo tanto para esta clasificacióntenemos 3 Dominios y dentro de estos los diferentes reinos:•-Dominio Bacteria: dentro de este se encuentra el ReinoEubacteria•-Dominio Archea: dentro del cual encontramos el ReinoArchibacterias (son bacterias más antiguas que las del ReinoBacteria muy similares a ellas pero con característicasparticulares que merecen su distinción y separación) .

•-Dominio Eukarya: dentro del cual se encuentran el ReinoProtista, Reino Fungi, Reino Plantae y Reino Animalia.


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Nomenclatura de los microorganismos•La nomenclatura de los organismos que hoy se utiliza fue creadoen 1735 por Carolus Linnaeus.•La nomenclatura científica asigna a cada organismo dos terminosen latin: el primero es el género y se escribe con mayúscula, elsegundo es el epíteto específico escrito con minúscula. Unaespecie se nombra con el conjunto de género y epíteto específico,y ambas se escriben subrayadas o en cursiva.•Una vez que se ha mencionado un nombre científico puede serabreviado en lo sucesivo con la inicial del género seguida delepíteto específico.•Los nombres científicos pueden, entre otras cosas, describir el

organismo, honrar a un investigador o identificar el hábitat de laespecie.•En el nombre de la bacteria Escherichia coli, el género alude acientífico, Theodor Escherichia, mientras que el epíteto especificocoli indica que E. coli vive en el colon o intestino grueso.

É


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CÉLULA PROCARIOTA

CÉLULAS EUCARIOTAS


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CÉLULAS EUCARIOTASCélula Vegetal y Célula Animal


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Comparación


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Características de las células procarióticas yeucarióticas


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Órganos en eucariotas


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Comparación:eucariota,bacteria, virus


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FUENTE DEMICROORGANISMOS

• Flora natural. Aguas residuales, residuossólidos, compostaje, fermentaciones.

• Microrganismos capturados. Del medioambiente

• Cepas. pureza


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Origen de las cepas industriales

Colecciones que suministran cultivos de microorganismos industriales

DESARROLLO ACTUAL DE LA


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DESARROLLO ACTUAL DE LAMICROBIOLOGÍA

•En el siglo XX, se desarrollaron nuevas ramas de la

microbiología, como la inmunología y la virología. Másrecientemente el desarrollo de la tecnología del DNArecombinante, ha revolucionado la investigación y lasaplicaciones prácticas de todas las áreas de la microbiología.•Inmunología•La inmunología, el estudio de la inmunidad, se remonta enrealidad al desarrollo de la primera vacuna por Jenner en 1798.Desde entonces el conocimiento del sistema inmunitarío se haido acumulando lentamente, para expandirse con rapidez en el

siglo XX. Se dispone ahora de vacunas para numerosasenfermedades, como el sarampión, la parotiditis, la polio, larubéola y la hepatitis B.•Uno de los mayores retos de este siglo para los inmunólogos esaveriguar cómo el virus del SIDA altera el sistema inmunitario y

cómo podría estimularse dicho sistema para que elimine el virus.


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•Virología•Es el estudio de los virus. En 1892 Dimitri Iwanowski dio aconocer que el organismo causante del mosaico del tabacoera tan pequeño que atravesaba filtros lo bastante tupidoscomo para detener todas las bacterias. En 1935 WendellStanley demostró que ese organismo, llamado virus delmosaico del tabaco, era esencialmente distinto de otrosmicroorganismos y tan sencillo y homogéneo que podía sercristalizado como si fuera un compuesto químico. El trabajo

de Stanley facilitó el estudio de la química y estructura delos virus. Desde el desarrollo del microscopio electrónico,en la década de 1940, los microbiólogos han podidoobservar con detalle la estructura de los virus.


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Bioseguridad•Es la aplicación del conocimiento, de las técnicas y de losequipos necesarios para prevenir la exposición del personal,

a agentes potencialmente infecciosos.•VIAS DE CONTAMINACION1. La boca•Comer, beber y fumar en el laboratorio.•Realizar transferencias con pipetas sin utilizar ningún tipo de

protección.2. La piel•Cortaduras o rasguños.•Transferencia indirecta de microorganismos a través de losdedos o utensilios contaminados (lápices, bolígrafos, etc.).3. Los ojos•Salpicaduras de materiales infecciosos.•Transferencia indirecta de microorganismos a través de losdedos contaminados.4. Los pulmones•Inhalación de microorganismos transportados por el aire

(aerosoles).

NORMAS


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NORMAS• Entrar al laboratorio en forma ordenada, dejar las

carteras, libros y otros objetos personales en ellugar que se les indique para tal fin.

• Llevar puesto el mandil de laboratorio en todomomento, que debe permanecer completamentecerrado.

• Limpiar y descontaminar las superficies detrabajo, antes de comenzar y al finalizar la sesiónpráctica.

• Lavar las manos con agua y jabón: – antes de realizar las actividades programadas – antes de salir del laboratorio – después de usar materiales contaminantes.

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Normas• Recoger el cabello largo.• Evitar desplazamientos

innecesarios, movimientosbruscos. Hablar sólo loindispensable.

• No comer, beber, fumar.

• Conocer el manejo de todos losequipos y reactivos a emplearantes de iniciar las actividadesindicadas en la práctica. Si ustedtiene alguna duda, diríjase alprofesor.

• Usar mascarillas para casosindicados

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