MICROB. AMBIENTAL

8/17/2019 MICROB. AMBIENTAL

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MICROBIOLOGÍAAMBIENTAL


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Introducción a laEcología Microbiana

Hot spring, Yellowstone

National Park, Utah


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‘Microbial ecolog is the stud o! "icrobialrelationships with other organis"s and also withtheir nonli#ing en#iron"ents$ %hese relationships,based on interacti#e uses o! resources, ha#e e&ects

e'tending to the global scale($ Prescott, )**+

Hebras de erroplas"asp. creciendo en unamina abandonada deCalifornia, a pH 0. Sólouna membrana celularsepara a esta bacteria

ferrooxidante de suambiente extremo.


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-as bacterias coloni.an grancantidad dea"bientes, en los /ue puedenestablecer bio0l"es$


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La Ecología Microbiana es elestudio de los ecosistemas que:

A. Est1n constituidos en sutotalidad por "icroorganis"os, o,

B. 2on in3uenciados pro!unda"ente por estos"icroorganis"os$

Es el estudio de la estructura,co"posición 0siología de las

co"unidades "icrobianas en ela"biente 4suelo, aire, agua uotros organis"os5$


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‘La Ecolo!a "icrobiana es elestudio de las acti#idades $conductas de losmicrooranismos en susambientes

naturales%.6%ho"as 7$ 8rock, descubridordel %her"us a/uaticus

El epitelio intestinal es

un "icroa"biente8acteriano$

• El concepto de Ecolo!a"icrobiana se enlobabaanteriormente dentro del m&samplio concepto de

"icrobiolo!a Ambiental.• Actualmente re'e(a m&s el)ec)o de que los M9s a!ectan pro!unda"ente a su entornocon sus acti#idades,local"ente $ a ni#el

planetario.•El a"biente, "1scorrecta"ente de0nido aescala "icrobiana, es el"icroa"biente donde crece elM9$•La "icrobiolo!a Ambiental seocupa m&s de los procesos aescala macro, sin consideraren detalle los microambientes.•Ha$ actualmente unatendencia a tomar el t*rmino

Ecolo!a "icrobiana en formam&s eneralista ero debe


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-os ecosiste"as co"unidades"icrobianas pueden ser "u

estables; poblaciones decianobacterias han !or"ado "ats/ue constituen el "icroa"bientede los estro"atolitos, /ue seconsideran entre las !or"aciones#i#as "1s antiguas$ 2on un buene


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El problema del cultivo•La imposibilidad de culti#ar ala ma$or!a de las especiesmicrobianas, en especialbacterias $ arqueasextremó/las, es un desaf!oma$or en el &rea de la

ecolo!a microbiana.•El desarrollo de )erramientasmoleculares como lasecuenciación de r01A de 23S$ los enfoques de la

"etagenó"ica la"etaproteó"ica est1nre#olucionando elentendimiento del mundomicrobiano, la Ecolo!a $ laBiolo!a.


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Focos de inters•El foco de inter*s de la Ecolo!a

"icrobiana es el an&lisis de comunidadesde microoranismos -"+s queinter#ienen en, o, reulan procesosnaturales que afectan la #ida $

sobre#i#encia del ser )umano $ otrosoranismos en la 4ierra.•Este enfoque la diferencia de lamicrobiolo!a m*dica, que se centra enlas especies patóenas o de importanciacl!nica que son aentes etiolóicos de laenfermedad.•

Los "+s ob(etos de su estudioerteneces a los tres 0ominia bioló icos:


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5mpacto microbiano sobre la Biosfera

-os M9s constituen la "aoríade la bio"asa de la 8ios!era 4> '?* @* cAlulas, ocho órdenes de

"agnitud superior /ue lasestrellas obser#ables en eluni#erso, Bhit"an et al, ?CCD5$

-a "aor parte de labiodi#ersidad "icrobiana per"anece desconocida para el

ser hu"ano$2on el "aor su"idero biológico

de :$:ontrolan la 0


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!esarrollo

"ist#rico‘E#erthing ise#erwhere, the

en#iron"ent selects($

".6. Bei(erinc7


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hi.obiu"legu"inosaru""coloni8ando una c*lularadical de leuminosa.

Nicotiana tabacu"con la en!er"edad del "osaico %MF$

"artinus Bei(erinc7 -292;2ni#ersidadde 6aeninen.>no de los padres de la

?irolo!a -demostró que la

enfermedad del mosaico deltabaco es causada por un aentem&s peque@o que una bacteria,al cual bauti8ó #irus; )o$ el4"?.

7escubrió la 0


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•Serei 6inorads7$-29=; 2


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!esarrollo moderno•La Ecolo!a "icrobiana comen8ó sudesarrollo actual en la seunda mitaddel silo .•El primer texto titulado como Ecolo!a"icrobiana apareció en 2


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• El campo actual es amplio:

•Autoecolo!a: -ecolo!a delas poblaciones relacionadasen*ticamente.•Ecolo!a de ecosistemasespec!/cos -laos, bio/lmes,mats -tapices, tapetes,

microbiomas, fuentes#olc&nicas, oc*anosprofundos, etc.•Asociaciones especiales:

ri8ósfera $ micorri8as.•Ecolo!a microbiana aplicada:biorremediación,biotecnolo!a.•Ecolo!a bioeoqu!mica-biolo!a de los ciclos a ni#el


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Comunidades microbianas

• Una co"unidad es un ensa"bla


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El microambiente

•Fara un "+, el )&bitat se

constitu$e en unmicroambiente dentro delcual puede ocupar sunic)o.

•

Las condiciones en elmicroambiente pueden#ariar r&pidamente, deforma que sólo losoranismos me(oradaptados puedenestablecer poblacionesresistentes en el tiempo.

• "uc)as poblacionesestablecen cooperación

con otras especies en el

= escala "icrobiana, una partícula de sueloconsiste de "Gltiples "icroa"bientes enlos cuales se distribuen gradientes de

nutrientes o gases esenciales 4!uente;8rock, ?)th edition5$

1i#el de ox!eno: G2-bacterias aerobias

1i#el de ox!eno: 2D;2-bacterias microaeróbila

1i#el deox!eno:

D-bacteriasanóxicas.

Bacteriasanaerobias

facultati#as


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!EFINICIONE$


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Or%ani&aci#n de losmicroor%anismos en la naturale&a


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microor%anismos


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microbiana


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microbianas en distintas 'reas de laBiolo%(a

ECOLOGÍA

BIOTECNOLOGÍA

AGRIC)LT)RAECOLOGÍA *

BIO!I+ER$I!A!

$AL)! ,)MANA

INTERACCIONE$MICROBIANA$


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Interacciones biol#%icas

=tta cephalotes su $ :o"petencia


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Interacciones de los microor%anismosen los ciclos de los nutrientesC5CL+S B5+IE+J>K"5C+S

•Los microor%anismos tienen un papel clave enel reciclado de los elementos -nutrientes./especialmente carbono/ a&u0re/ nitr#%eno 1

"ierro2•)n ciclo bio%eo3u(mico es el resultado delcon4unto de los procesos biol#%icos 1 3u(micosdurante el reciclado de estos elementosesenciales de los sistemas vivos2•Los nutrientes son trans0ormados 1 recicladosnormalmente mediante reacciones de #5ido 6

reducci#n 3ue pueden cambiar las


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BIOGEO7)ÍMICO$EACC5+1ES +50AC51;E0>CC51 -E0+:

A3uellas en las 3ue se produce un trans0erencia deelectrones desde un dador/ el a%ente reductor -elque se o5ida./ a un aceptor de electrones/ ela%ente oxidante -el 3ue se reduce.2

0 i


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Trans0ormacionesM!sicas: 0isolución, precipitación,#olatili8ación $ 84aci#n2Ju!micas: Bios!ntesis ,bioderadación $

biotrans0ormaciones o5ido 9 reductivas2•Combinaciones de cambios 0(sicos 13u(micos2•

Traslocaci#n espacial de materiales2"icrooranismos: >bicuidad,di#ersidad de capacidadesmetab#licas 1 altas velocidades


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Pools o reser#orios; Farias !or"as

/uí"icas de un elemento2 Fuentes osumideros2Ciclos %lobales: !ep#sito atmos0rico -C

1 N.2 Relacionados con problemas

ambientales a %ran escala2

Ciclos locales ; ed'8cos o sedimentarios:

dep#sito principal en la roca o en lossedimentos -


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CICLO !EL CARBONOCARBONO:•Es3ueleto de todas las molculas or%'nicas2•Elemento m's prevalente en el material or%'nico celular2•Forma inor%'nica: CO= -0orma m's o5idada.2•Forma or%'nica: C,=O -0ormas reducidas.2•Aut#tro0os o productores primarios -plantas2 Al%as/cianobacterias/ lit#tro0os/1 metan#%enos.2•,eter#tro0os: Animales/ microor%anismos descomponedores2


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El Carbono en la Naturale&aEl carbono es un elemento no met'lico 3ue sepresenta en 0ormas mu1 variadas2

2•En el interior de la corte&a terrestre: en el petr#leo/

carb#n 1 %as natural2


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En la materia viva animal 1 ve%etal: es elcomponente esencial 1 0orma parte de

compuestos mu1 diversos: %l?cidos/ l(pidos/prote(nas 1 'cidos nucleicos2En el cuerpo "umano/ por e4emplo/ lle%a arepresentar el @ de su masa2


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CICLO !EL CARBONOReservorio atmos0rico de CO= -2>= de la atm#s0era/ Dbillones de ton2 de C.2

Formas inor%'nicas de C disueltas -CO= / ,=CO> / ,CO> 1 CO>.en a%ua super8cial en e3uilibrio con el CO= atmos0rico2Biomasa viviente en ambientes terrestres 1 acu'ticos - 6 billones de tons de C.2

CICLO !EL CARBONO


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CICLO !EL CARBONOEs un ciclo bio%eo3u(mico por el cual el

carbono -C. se intercambia entre la bios0era/litos0era/ "idr#s0eras 1 la atmos0era de latierra2!epende tanto de la actividad de los

microor%anismos como de losmacroor%anismos 1 est' estrec"amente li%adocon el ciclo del o5(%eno2

*a 3ue la 84aci#n de CO= por 0ot#tro0os

o5i%nicos libera O= 1 muc"a de la materiaor%'nica es o5idada a CO= a travs de larespiraci#n aerobia2El C puede presentarse en 0ormas reducidas/como metano -C,. 1 materia or%'nica/ 1 en

CICLO !EL CARBONO


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CICLO !EL CARBONOCICLO BIOLHGICO -R


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FOTO$ÍNTE$I$Jnica v(a importante de producci#nde C or%'nico nuevo en el planetaprocede de la 0otos(ntesis 13uimios(ntesis -84aci#n de CO= por3uimiolit#tro0os.2

Or%anismos 0ototr#8cos seencuentran en la base del ciclo deC2

!E$COM


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!E$COM


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H


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CICLO !EL NITRHGENOCompuestos inor%'nicos de N Nro2 !e

o5idaci#n•Amonio -N,. 9>•,idro5ilamina -N,=O,. 9@Intermediario en la o5idaci#n de N,>•

!i 9 nitr#%eno -N=. •O5ido Nitroso -N=O. @•O5ido N(trico -NO. =•Nitrito -NO=9. >•Nitrato -NO>9.

Formas de nitr#%eno presentes en


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Formas de nitr#%eno presentes enel suelo -@m de pro0undidad.2

N=: dinitr#%eno/ nitr#%eno %aseoso : poros del suelo

N or%'nico: te4idos animales 1 ve%etales/ clulas

microbianas/ or%anismos del suelo/ materia or%'nica

-amino&cidos, prote!nas, pol!meros de la pared

celular, aminoa8cares, &cidos nucleicos,

#itaminas, antibióticos, intermediarios

metabólicos.

N,: amonio2 soluci#n acuosa

NO>9: nitrato: soluci#n acuosa

4ransformaciones de nitróeno: procesos


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El ciclo del nitr#%eno puede


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El ciclo del nitr#%eno puedeser dividido en tres subciclos:

Elemental: en0ati&a las reacciones biol#%icas deo5idaci#n9reducci#n2 Interconversi#n del nitr#%eno 1N= en varias 0ormas 3u(micas2

Fototr#8co: toma del nitr#%eno por la planta-aut#tro0os./ el nitr#%eno inor%'nico -N,/ NO>9.es convertido a 0ormas or%'nicas -constitu1entescelulares.2

,eterotr#8co: vinculado a los procesos dedescomposici#n2

Los seres #i#os cuentan con una ran proporción


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Los seres #i#os cuentan con una ran proporciónde nitróeno en su composición qu!mica.El nitróeno oxidado que reciben como nitrato -1+=O estransformado a rupos amino&cidos -asimilación.Fara #ol#er a contar con nitrato )acen falta quelos descomponedores lo extraian de la biomasa de(&ndolo en laforma reducida de ion amonio -1HP, proceso que se llamaamoni/caciónQ $ que lueo el amonio sea oxidado a nitrato,proceso llamado nitri/cación.As! parece que se cierra el ciclo biolóico esencial.

Fero el amonio $ el nitrato son sustanciasextremadamente solubles, que son arrastradas f&cilmente por laescorrent!a $ la in/ltración, lo que tiende a lle#arlas al mar.Al /nal todo el nitróeno atmosf*rico )abr!a terminado, tras sucon#ersión, disuelto en el mar.Los oc*anos ser!an ricos en nitróeno, pero

los continentes estar!an pr&cticamente despro#istos de *l,con#ertidos en desiertos biolóicos, si no existieran otros dosprocesos, mutuamente sim*tricos, en los que est& implicado elnitróeno atmosf*rico -1G.Se trata de la /(ación de nitróeno, que oriina compuestossolubles a partir del 1G, $ la desnitri/cación, una forma

de respiración anaerobia que de#uel#e 1G a la atmósfera.


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por


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ME!IO MARINOME!IO TERRE$TRE

MINERÍA

FERTILIACIHN

ALIMENTACIHN

EKCRECIHN

*ACIMIENTO$MINERALE$

!E FH$FORO

!E


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Ciclo de ,ierro• El ciclo del "ierro consiste principalmente en reacciones de o5ido9

reducci#n/ 3ue reducen el "ierro 0rrico -Fe>. a 0erroso -Fe=. 1o5idan este "ierro 0erroso a 0rrico2

• Estas reacciones son importantes tanto para los compuestosor%'nicos 3ue contienen "ierro como para los compuestosinor%'nicos de dic"o elemento2

•


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El "ierro 0rrico se puede reducir en condicionesan#5icas a la 0orma 0errosa/ m's soluble2

$i "a1 su8cientes ,=$ se 0orman precipitados de sul0urode "ierro2 La inundaci#n del suelo crea las condicionesan#5icas 3ue 0avorecen la acumulaci#n de "ierro 0erroso2

En ambientes aer#bicos/ la ma1or parte del "ierro estaen estado 0rrico2 !iversas bacterias 0orman sidero0oros/ 3ue unen al "ierro

0acilitando as( la absorci#n celular2 Al%unos 3uimiolitotro0os o5idan "ierro para 0ormar

ener%(a celular2 Estas bacterias o5idadoras del "ierro pueden %enerar

%randes cantidades d este elemento2

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