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Tema 8. Microbiología8.3 Importancia de los microorganismosDP/PAU

Germán Tenorio

Diploma BI

Idea Fundamental: Los microorganismosestablecen relaciones inocuas, perjudicialesy beneficiosas con la especie humana.

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/veterinaria/2003897/index.html

http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/veterinaria/2003897/index.html

Al clasificar las relaciones que los microorganismos establecen con laespecie humana en concreto, podemos encontrar tres posibilidades:

- Inocuas: Podemos encontrar muchas especies demicroorganismos que directamente no se relacionan con lahumana, por lo que no le causan ni beneficio ni perjuicio. Sinembargo, como componentes importantísimos de todos losecosistemas, siempre hay relaciones, aunque indirectas o másdifíciles de delimitar. Un ejemplo de ello son los ciclosbiogeoquímicos, como el del carbono o del nitrógeno.

- Perjudiciales: Hay muchos microorganismos causantes deenfermedades infecciosas y reciben el nombre de patógenos..

- Beneficiosas: El hombre obtiene gran cantidad de beneficios demuchos microorganismos, utilizándolos para la depuración deaguas residuales, producción de combustibles, técnicasbiotecnológicas o producción de alimentos, entre otros.

Relaciones entre los microorganismos

y la especie humanaDP/PAU

Los ciclos geoquímicosPAU

A diferencia de lo que ocurre con la energía solar, los nutrientes nollegan a la Tierra en un flujo continuo desde el exterior. La cantidad demateria que hay en la Tierra se mantiene prácticamente constante desdesus orígenes (se pierde poca y llega poca desde el Universo).

Los bioelementos están sometidos a unos circuitos cíclicos (ciclosbiogeoquímicos), en los que unas veces forman parte de la materiainorgánica inerte y otras veces de la materia orgánica de los seres vivos.

Los nutrientes son losbioelementos ymoléculas pequeñasque constituyen lasestructuras básicasde los seres vivos. Dealgunos de ellosnecesitamos grandescantidades: agua,carbono, hidrógeno,oxígeno, etc.

Los ciclos geoquímicosPAU

Los ciclos biogeoquímicos describen los procesos de transformación delos elementos químicos por la actividad de los seres vivos, y suintercambio entre los componentes bióticos y abióticos de la exosfera.

El papel de los microorganismos en estos ciclos es fundamental:son productores y consumidores, pero también sondescomponedores de la materia orgánica (y la transforman enmateria inorgánica: mineralización). Son, por tanto,esenciales en el reciclado de la materia en los ecosistemas.

Ciclo biogeoquímico del carbonoDP/PAU

El carbono es elemento básico en la formación de las moléculas decarbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pues todas lasmoléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonosenlazados entre sí.

La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seresvivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está enla atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada añoaproximadamente un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en losprocesos de fotosíntesis, es decir que todo el dióxido de carbono serenueva en la atmósfera cada 20 años.


La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración losseres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2.

Los seres vivos acuáticos toman el CO2

del agua. La solubilidad de este gas en elagua es muy superior a la de otrosgases, como el O2 o el N2, porquereacciona con el agua formando ácidocarbónico.

En los ecosistemas marinos algunosorganismos convierten parte del CO2 quetoman en CaCO3 que necesitan paraformar sus conchas, caparazones omasas rocosas en el caso de losarrecifes. Cuando estos organismosmueren sus caparazones se depositan enel fondo formando rocas sedimentariascalizas en el que el C queda retirado delciclo durante miles y millones de años.Este C volverá lentamente al ciclocuando se van disolviendo las rocas.


El petróleo, el carbón y la materia orgánica acumulados en el sueloson resultado de épocas en las que se ha devuelto menos CO2 a laatmósfera del que se tomaba. Este C que contienen es liberado mediantecombustión a la atmósfera.

El ritmo creciente al que estamos devolviendo CO2 a la atmósfera, por laactividad humana, es motivo de preocupación respecto al nivel de efectoinvernadero que puede estar provocando, con el cambio climáticoconsiguiente.

IMAGEN: platea.pntic.mec.es

El ciclo biogeoquímico del carbonoDP/PAU

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Ciclo biogeoquímico del nitrógenoPAU

El nitrógeno es un elemento básico para la vida de todos los seres vivos,siendo uno de los más abundantes en la materia viva, donde se encuentraformando parte de moléculas tan esenciales como las proteínas y losácidos nucleicos.

Animaciones1/2

Los distintos grupos de seresvivos utilizan distintas formasde este elemento, que sereciclan en lo que conocemoscomo el ciclo del nitrógeno.

Las bacterias juegan un papelmuy importante en el procesopor el que el nitrógeno esreciclado en los ecosistemas.

El nitrógeno es el gas másabundante (78%) en laatmósfera pero, ¿cómo llega alos seres vivos?

Ciclo del nitrógenoPAU

Fijación biológica del nitrógeno mediante lasimbiosis leguminosas-Rhizobium (bacteria) y por otrasbacterias, como Azotobacter, de vida libre en el suelo.

- Rhizobium crea un nódulo en las raíces de lasleguminosas donde fija el N2 atmosférico a amoníaco(NH3) gracias a la enzima nitrogenasa. En estasimbiosis la planta se aprovecha de este nitrógeno acambio de carbohidratos y un ambiente favorable.

- Azotobacter no necesita un hospedador e inmovilizael fija N2 atmosférico en el suelo en forma de amoniaco(NH3).

La fijación biológicaconstituye un 65% dela fijación anual denitrógeno atmosférico.


Nitrificación: Proceso mediado por dos bacterias del suelo que actúan deforma sucesiva.

- Las Nitrosomonas convierten el amoniaco (NH3) en nitrito (NO2-).

- La bacteria Nitrobacter convierte el nitrito (NO2-) en nitrato (NO3

-).

Video1


Desnitrificación: Las bacterias como Pseudomonas denitrificans eliminanlos nitratos del suelo y producen N2 gas de vuelta a la atmósfera.


N2

Fijación

simbiótica por

Rhizobium

NH3

Fijación

industrial

Fijación

biológica por

Azotobacter

Fijación

espontánea por

relámpagos

NO3-

NO2- Bacterias

nitrificantes

Cadenas

tróficas

Muerte y

excreción

NH4+

Bacterias

desnitrificantes


- Inocuas: Podemos encontrar muchas especies demicroorganismos que directamente no se relacionan con lahumana, por lo que no le causan ni beneficio ni perjuicio. Sinembargo, como componentes importantísimos de todos losecosistemas, siempre hay relaciones, aunque indirectas o másdifíciles de delimitar. Un ejemplo de ello son los ciclosbiogeoquímicos, como el del nitrógeno.

- Perjudiciales: Hay muchos microorganismos causantes deenfermedades infecciosas y reciben el nombre de patógenos..

- Beneficiosas: El hombre obtiene gran cantidad de beneficios demuchos microorganismos, utilizándolos para la depuración deaguas residuales, producción de combustibles, técnicasbiotecnológicas o producción de alimentos, entre otros.



Enfermedad infecciosaDP/PAU

Un patógeno es cualquier microorganismo capaz de ocasionar algunaenfermedad. La patología estudia las enfermedades. La patogenicidadde un microorganismo es su capacidad de causar enfermedad en undeterminado huésped. El grado de patogenicidad para producir unadeterminada enfermedad es la virulencia.

La infección (la invasión y el crecimiento de patógenos en el huésped)no es sinónimo de enfermedad. La infección no siempre produce daños(incluso si el patógeno es potencialmente virulento). Ejemplo de esto es elvirus del SIDA, que puede infectar a una persona que no presentasíntomas de la enfermedad.

Una de las propiedades más relevantesde los microorganismos es la capacidadde causar enfermedades infecciosas alorganismo que parasitan (huésped).

Una enfermedad infecciosa es aquellacausada por un microorganismo (agentebiológico o virus) al que denominamospatógeno.

Patogenicidad microbianaDP/PAU

El QS es un mecanismo que controla la expresión de ciertos genes y quedepende de la concentración de células. Las bacterias que producen estosbiofilm producen y segregan unas sustancias llamadas inductores, queatraen a más bacterias (que a su vez segregarán más inductores), y quesi se trata de un microorganismo patógeno, tras alcanzar el quórum, secontrarrestan las defensas del huésped y poder invadir otras zonas.

Las infecciones por bacterias en la especie humana están relacionadascon la producción de biofilm (películas bacterianas o biopelículas). Estoquiere decir que las bacterias coordinan sus actividades y se agrupan encolonias funcionales gracias a lo que se llama detección del quórum(quórum sensing o QS), que se explicará en detalle dentro de la Opciónde Biotecnología y Bioinformática.

IMAGEN: http://enciende.cosce.org

Patogenicidad microbianaPAU

Para que un microorganismo cause unaenfermedad debe poder: entrar en elcuerpo del huésped, encontrar en él unnicho adecuado, evadir sus defensas,causar daño en sus células y tejidos y,finalmente, transmitirse a otroshuéspedes susceptibles.

Entrada: Puede entrar por la piel (através de los conductos de lasglándulas sudoríparas, por ejemplo),por las mucosas (perforándolas) o porvía parental (picaduras, inyecciones,mordeduras, heridas…).


Adherencia: Se realiza mediante la unión específica entre determinadasmoléculas de la superficie del invasor (adhesinas, que son gluco olipoproteínas del glucocálix, las fimbrias del patógeno, etc.) a receptorescompatibles de la superficie de la célula huésped. Si no existe estacompatibilidad no se puede producir esta entrada.

Estrategia para lasupervivencia: Una vezdentro, el patógeno debesalvar los mecanismos dedefensa del huésped. Lopuede conseguir de variasformas:

1. Cápsulas que impiden lafagocitosis.

2. En la pared de ciertasbacterias hay proteínas queresisten la fagocitosis, elcalor y los ácidos.


Daño producido a las células del huésped: Si el patógeno supera lasprimeras defensas y entra, puede dañar las células de diferentes maneras:

1. Utilizando los nutrientes del huésped. Por ejemplo: la mayor parte delas bacterias patógenas necesitan hierro. Este hierro lo extraen de lasmoléculas del huésped que llevan hierro (como la hemoglobina).

2. Daño directo. Cuandolos patógenos realizan susfunciones metabólicas enel interior de la célulahuésped y se multiplican,pueden destruirlas.

Ahora se pueden propagara otras zonas en mayorcantidad.

Producción de toxinas: Las toxinas son proteínas o lipopolisacáridos queproducen los microorganismos y que actúan como venenos, causandodaños celulares graves a un huesped. La capacidad para producirlas sellama toxigenicidad. Se dividen en función de sus propiedades químicas ysu origen:

- Endotoxinas: lipopolisacáridos en las paredes de bacterias Gram-negativas que causan fiebre y dolor (salmonelosis por Salmonella typhi oEscherichia coli).

- Exotoxinas: proteínas específicas liberadas por bacterias al medioextracelular que causan síntomas como espasmos musculares (tétanos porClostridium tetani) y diarrea (cólera por Vibrio cholerae).


- El tétanos es causado por la bacteriaClostridium tetani, presente en el suelo yheces animales. Cuando contamina heridasanaerobias profundas, libera unaneurotoxina que interfiere con la sinapsisen la médula espinal y nervios motores,provocando la contracción incontroladamediante espasmos en todo el cuerpo.

Animación2

- La neurotoxina botulina es secretada porClostridium botulinum, una bacteria delsuelo. Cuando consumimos alimentos enconserva contaminados, la botulina se unea la sinapsis de las neuronas motorasimpidiendo la liberación deneurotrasmisores, provocando que losmúsculos no se contraigan (parálisis).

Las exotoxinas son proteínas solubles (frecuentemente enzimas)secretadas por el patógeno y que viajan desde el sitio de infección a otrostejidos donde tienen su efecto.

Tipos de toxinas bacterianas: ExotoxinasPAU

Video2

Tipos de toxinas bacterianasPAU

Las endotoxinas son lipopolisacáridos de las paredes de bacterias Gram-negativas. Son estables al calor, pero generalmente tóxicas a altas dosis.Causan fiebre, coagulación sanguínea, diarrea o inflamación.

- Salmonella enteritidis es un patógeno que invade el intestino y cuyasendotoxinas de su pared celular dañan la mucosa intestinal y sonresponsables de hemorragias y perforaciones intestinales.

Tipos de toxinas bacterianasPAU


Transmisibilidad: La capacidad de transmitirse en fundamental para lasupervivencia continua del microorganismo. Pueden hacerlo por variasvías:

Método de transmisión patógeno

Aire Gripe (virus)

Contacto Microsporum (hongo)

Contacto sexual (fluidos) VIH (virus) y sífilis (bacteria)

Alimento Salmonella y E. coli (bacterias)

Heridas Tétanos (bacteria) y rabia (virus)

Agua Cólera (bacteria)

Vectores animales Malaria (protozoo)

Enfermedades producidas por microorganismosPAU

Hospedador Microorganismo Nombre Enfermedad

Plantas VirusBacteriaHongo

TMV (virus de ARN)Erwinia spClaviceps purpurea

Mosaico del tabacoPodredumbre blancaCornezuelo del centeno


Humanos VirusBacteriaProtozooHongo

VIHSalmonellaPlasmodiumCandida

SIDASalmonelosisMalariaCandidiasis



Animales VirusBacteriaHongo

Aphthovirus (virus ARN)Brucella spMicrosporum canis

Fiebre aftosaBrucelosisDermatomicosis





- Inocuas: Podemos encontrar muchas especies de microroganismosque directamente no se relacionan con la humana, por lo que no lecausan ni beneficio ni perjuicio. Sin embargo, como componentesimportantísimos de todos los ecosistemas, siempre hay relaciones,aunque indirectas o más difícles de de delimitar. Un ejemplo de ello sonlos ciclos biogeoquímicos, como el del nitrógeno.

- Beneficiosas: El hombre obtiene gran cantidad de beneficios demuchos microorganismos, utilizándolos para la depuración de aguasresiduales, producción de combustibles, técnicas biotecnológicas oproducción de alimentos, entre otros.

- Perjudiciales: Hay muchos microorganismos causantes deenfermedades infecciosas y reciben el nombre de patógenos.

Biotecnología y microbiología industrialDP/PAU

La microbiología industrial cultiva los microorganismos a gran escalapara realizar transformaciones químicas o para obtener productoscomerciales de gran valor.

La biotecnología es toda aplicación tecnológica que utilice sistemasbiológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación omodificación de productos o procesos para obtener productoscomerciales de interés.

Por tanto, podemosconsiderar que lamicrobiología industriales la biotecnologíamicrobiana.

Aunque el término Biotecnología es moderno, desde tiemposinmemoriales se usan seres vivos para lograr productos a partir de unamateria prima.

Es lo que se conoce como biotecnología clásica, cuyo origen seremonta a 6 000 años a.C. Se fabricaban ya quesos, vinos y cervezas.Entre los microorganismos utilizados (bacterias, levaduras…) seseleccionaban las distintas variaciones que surgían por mutación naturaly que eran de mayor interés para obtener los productos deseados.

En la actualidad, gracias a los métodos

aportados por la ingeniería genética(manipulación genética de los

organismos) se obtienen organismos

modificados genéticamente (OGM otransgénicos) que pueden producir

una enorme cantidad de productos,muchos de los cuales no los producen

naturalmente los microorganismos sinmanipular.

Uso biotecnológico de los microorganismosDP/PAU

Para que un determinado microorganismo de uso industrial seaapropiado, debe cumplir una serie de requisitos:

1. Producir mucha sustancia de interés en poco tiempo.

2. Poder ser cultivados durante mucho tiempo.

3. Crecer rápidamente.

4. Ser genéticamente estables y, si es posible, aptos para la

manipulación genética.

5. Que no sea un patógeno.

Como ejemplo de la forma de aplicar la biotecnología para fabricarsustancias interesantes (insulina, factores de crecimiento, decoagulación, etc.) veamos cómo se aplica la tecnología del ADNrecombinante (modificación genética). Se obtiene el gen que codificapara la sustancia de interés y posteriormente se clona industrialmentepara obtener grandes cantidades de estas sustancias.

Uso biotecnológico de los microorganismosDP/PAU

Transferencia de genes entre especiesDP/PAU

La modificación genética se lleva a cabo mediante latransferencia de genes entre especies.

Cuando se transfieren genes entredistintas especies, la secuencia deaminoácidos de los polipéptidostraducida a partir de dichos genes novaria dado que el código genéticoes universal.

Todos los seres vivos, salvo algunaexcepción, poseen el mismo códigogenético, posibilitando que lasecuencia de bases (gen) pueda sertransferida de un organismo a otrosin que cambie su función.

Por tanto, podríamos coger el gen dela insulina de un humano e insertarloen un plásmido bacteriano, demanera que la bacteria pudiera ahoraproducir insulina humana.

Transferencia de genes entre especiesDP/PAU

En las técnicas de transferencia génica, se identifica en un organismo elgen que codifica para una característica favorable y es transferido a otroorganismo.

La transferencia de genes entre especies, puede usarse en:

- Farmacología; para producir grandescantidades de una proteína deseada, como lainsulina o factores de coagulación.

- Agricultura; para modificar genéticamente(adquiriendo características favorables),organismos de interés agrícola como el arrozdorado rico en nutrientes.

APLICACIÓN: Transferencia de genes a bacteriasDP/PAU

La transferencia de genes a bacterias mediante el uso de plásmidossupone el uso de endonucleasas de restricción y de la ADN ligasa.

- Un plásmido.

- Bacteria hospedadora.

- Enzima de restricción.

- Enzima ADN ligasa.

Animación3

Step 1. Extraer un plásmido bacteriano (o comprarlo comerciales) que posea ungen de resistencia a un antibiótico.

Step 2. Cortar dicho plásmido con una enzima de restricción (endonucleasas)que reconoce unas secuencias específicas en el ADN.


Las bacterias se transfieren por conjugación los plásmidos medianteunas estructuras denominadas pili.

Los plásmidos se utilizan como vectores de clonación en ingenieríagenética por su capacidad de reproducirse de manera independiente delADN cromosómico, así como también porque es relativamente fácilmanipularlos e insertar nuevas secuencias genéticas.

IMAGEN: academic.pgcc.edu

IMAGEN: http://www3.uah.es


Animación4

Las enzimas o endonucleasas de restricción son aquellas que puedenreconocer una secuencia concreta de entre 4 y 12 nucleótidos dentro deuna molécula de ADN y cortarlo en ese punto determinado, llamado sitiode restricción.

El mecanismo de corte de ADN serealiza a través de la ruptura de dosenlaces fosfodiéster en la doble hebra,lo que da lugar a dos extremos de ADN.Algunas cortan el ADN en el mismopunto, originando extremos romos(cuando los enlaces rotos coinciden),pero otras cortan el ADN en puntosdistintos, originando extremoscohesivos, que pueden volver a unirse.


Step 3. El gen de interés es cortado con la misma enzima de restricción,generando extremos cohesivos, por lo que puede ser insertado en el plásmidomediante la enzima ADN ligasa. Si el gen de interés es eucariota, como lainsulina, posee intrones, por lo que a partir de su ARNm aislado, se produceADNc mediante la enzima transcriptasa inversa, que posteriormente en formade doble cadena se inserta en el plásmido.


La ADN ligasa es una enzima que formaenlaces covalentes fosfodiéster entre elextremo 5’-difosfato de una cadenapolinucleotídica y el extremo 3’-hidroxilode otra cadena polinucleotídica.

Al extraer (cortar) el gen de interés delgenoma con el mismo enzima derestricción con el que se corta el plásmido,ambos presentan extremos cohesivos quepermiten que el gen pueda integrarse enel plásmido con ayuda de la ADN ligasa.

IMAGEN: https://es.wikipedia.org

IMAGEN: http://www3.uah.es


Step 4. El plásmido con el gen de la insulina es introducido por transformaciónen la bacteria (el hospedador). Para seleccionar los transformantes, se cultivanen medio con antibiótico, de manera que solo las bacterias que hayanincorporado el plásmido, sobrevivirán.


Step 5. Las bacterias transformantes seleccionadas se cultivan en grandestanques de cultivo con el medio apropiado. Comienzan a dividirse, poseyendocada una de ellas el plásmido con el gen de interés (clonación), y a producirinsulina, la cual puede ser purificada.

Web2


Uso de los microorganismos en la industriaDP/PAU

El uso de los microorganismos con fines industriales constituye, desdehace mucho tiempo, otro ejemplo de relación beneficiosa entre elhombre y los microorganismos.

Los microorganismos juegan un importante papel tanto en la industriafarmacéutica como en la alimentaria.


Entre los ejemplos de su uso en la industria farmacéutica seencuentran:

Obtención de antibióticos. Losantibióticos son sustancias químicasfabricadas por hongos (como Penicillium yAspergillus) o bacterias actinomicetos, quematan o inhiben el crecimiento de otrosmicroorganismos. Ejemplos: la penicilina(que inhibe la síntesis de peptidoglicanosde la pared bacteriana) y la tetraciclina(que inhibe la traducción en losribosomas).

Obtención de hormonas. Como lainsulina, involucrada en la homeostasis delos niveles de glucosa en sangre, o lasomatostatina, hormona del crecimiento.

Obtención de factores de coagulacióny vacunas de nueva generación.

Producción biotecnológica de somatostatinaPAU

En 1977 la compañía biotecnológica Genentech anuncia laproducción de la primera proteína humana obtenida poringeniería genética, la somatostatina producida en E. coli.Esto supuso un éxito científico al conseguir obtener porprimera vez una proteína recombinante.

Mediante la retrotranscriptasa se obtuvo el ADNcdel gen que codifica para esta hormona delcrecimiento, que fue unido al extremo del genque codifica para la enzima beta-galactosidasa dela bacteria E. coli y ambos fueron clonados en unplásmido.

Después de transformar la bacteria con elADN recombinante, el plásmido híbridopermitió la síntesis de una proteínahíbrida beta-galactosidasa-somatostatinaque al ser purificada y tratada conbromuro de cianógeno, permitió liberar ala hormona somatostatina, a la cual se lecomprobó su actividad biológica.

Producción biotecnológica de insulinaDP/PAU

Poco después, en 1978 se logró la clonación de plásmidos conteniendosecuencias para la producción de insulina humana, los cuales seduplicaron con éxito utilizando a la bacteria E. coli.

La insulina humana recombinante fueelaborada originalmente mediante laexpresión, por separado, de los dosgenes que codifican para las cadenasA y B que forman esta hormona.

Cada uno de los genes codificantespara cada cadena fueron sintetizadosy ligados a un vector de expresiónpara que pudieran ser correctamentetranscritos y traducidos en forma deuna proteína de fusión con la enzimabeta-galactosidasa.

Producción biotecnológica de insulinaDP/PAU

El vector de expresión fueintroducido en E. coli, y laproteína híbrida beta-gal-cadenaA o B de insulina se sintetizó yse acumuló en el citoplasma delas bacterias productoras.

Las células se cosecharon y cadauna de las proteínas de fusión sepurificó por separado. Eltratamiento con bromuro decianógeno permitió liberar acada cadena de la insulina de labeta-galactosidasa.

Posteriormente, las cadenas A yB se unen químicamente paraproducir insulina activa.


Como se ha comentado, los microorganismos juegan un importantepapel en la industria alimentaria, entre los que destacan:

- Fabricación de derivados lácteos (quesoy yogur) mediante bacterias lácticas(Lactobacillus y Streptococus).

- Fabricación de pan y bebidas alcohólicas(cerveza y vino) mediante la levaduraSacharomyces.

- Fabricación de salsa de soja mediante elhongo Aspergillus.

Lactobacillus y la fabricación de yogurPAU

Existen pruebas de la elaboración de productos lácteos en culturas queexistieron hace 4500 años, como la de los tracios en la actual Bulgaria.

El yogur natural es el producto de la leche coagulada obtenida porfermentación láctica mediante la acción de algunas cepas de lasbacterias Lactobacillus y Streptococus a partir de leche.

Estas bacterias utilizan la lactosa de la leche para obtener energía yreproducirse rápidamente, siendo su temperatura óptima de crecimientoalrededor de los 40 ºC.

Metabolismo de las bacterias lácticasPAU

En condiciones anaerobias, estas bacterias hidrolizan el disacáridolactosa hasta glucosa y galactosa, gracias a la enzima lactasa.

Posteriormente, en esta reacción de fermentación las bacterias rompenlos enlaces químicos de la glucosa generada, obtendiendo 2 moléculas deácido láctico y energía (2 ATP) para reproducirse.

La elaboración del yogur depende del ácido láctico producido, ya que éstecausa la precipitación de las proteínas de la leche al acidificar el pH de laleche alrededor de 4, y en consecuencia, la leche se coagula,transformándose en cuajo, que por maduración producirá el queso.

Las levaduras y la producción de panDP/PAU

Egipto fue la cuna del pan, al descubrir que había algo que hacía que lamasa de harina “creciera”. Dado que las esporas de las levaduras sedispersan por el aire, bien podrían haber caído sobre la masa del pan.

El organismo responsable de tal éxito en la fabricación del pan, así comodel vino y la cerveza, no fue descubierto hasta 1837 por Louis Pasteur,quien probó que era la levadura Saccharomyces cerevisae.

Las levaduras utilizan los glúcidos para obtener energía y reproducirserápidamente por gemación.

Video3

Metabolismo de Saccharomyces cerevisiaeDP/PAU

En condiciones anaerobias, esta levadura transforma cada molécula deglucosa en 2 moléculas de etanol, liberando 2 moléculas de CO2 comoproducto de desecho.

En esta reacción de fermentación la levadura rompe los enlaces químicosde la glucosa para obtener energía para reproducirse.

La elaboración del pan depende del dióxido de carbono gaseosodesprendido en dicho proceso, haciendo al pan ligero y esponjoso.

La cerveza y el vino dependen del etanol para su sabor y contenido enalcohol.

Producción de panDP/PAU

La levadura Saccharomyces cerevisiae utiliza como materia prima laharina de cereales (generalmente de trigo), sal y agua.

La descripción del proceso es la siguiente:

1. Mezcla y amasado. En presencia de agua,las amilasas contenidas en la harina hidrolizanel almidón y producen glucosa libre.

2. Adición de la levadura ala mezcla rica en glucosa.Se añade la levadura y semantiene durante unas horaspara que el proceso defermentación tenga lugar y lamasa del pan «suba». Esto sedebe al dióxido de carbonoliberado que, al quedaratrapado en el interior de lamasa, esponja el pan,incrementando su volumen.

Producción de panDP/PAU

3. Cocción. El pan se trocea, para favorecer la salida del CO2, se da formay se hornea. La cocción elimina agua, evapora el alcohol producido en lafermentación y destruye las levaduras.

Resumiendo:

Video4

- La levadura fermenta losazúcares de la masadel pan.

- El CO2 hace que el panaumente de volumen.

- La cocción en el hornomata las levaduras,para la fermentación yevapora el etanol.

Producción de vinoDP/PAU

Dentro de la especie Saccharomycescerevisiae existe una gran diversidadgenética, cada una de las cuales sedenominan variedades o cepas.

Las cepas que se utilizan en la elaboraciónde la cerveza no soportan concentracionesde alcohol superiores al 6%, mientras quelas cepas de Saccharomyces que se utilizanen la fabricación del vino soportan un 11-15% de alcohol y continúan fermentando.

A diferencia de lo que se hace en laproducción de cerveza, en la elaboracióndel vino las células de levadura no seeliminan por calor.

Diferentes cepas de levadura producendiferentes sabores, por lo que losproductores de vino son muy particularesen la elección de la cepa de levadura.

Producción de vinoDP/PAU

Los pasos que se siguen en laelaboración del vino son:

1. Vendimia. Recolección de lauva en su estado de maduraciónóptimo.

2. Obtención del mosto. Lasuvas son prensadas y el zumoazucarado es recogido.

3. Fermentación. Se añade lalevadura al mosto y se dejan en untanque de fermentación atemperatura controlada, que varíaen función del tipo de vino (blanco,fino, tinto, etc.). El CO2 producidose deja liberar, quedándose eletanol en el tanque.

Video5

Otras relaciones beneficiosasDP/PAU

A lo largo del tema opcional Biotecnología y bioinformática (opción B delPrograma del Diploma), se describirán más relaciones beneficiosas entrelos microorganismos y la especie humana:

1. Fermentación industrial: Producción de penicilina a partir dePenicillum, de ácido cítrico a partir de Aspergillus y de biogas porarqueobacterias metanogénicas.

2. Obtención de plantas transgénicas: Uso de Agrobacterium y delvirus del mosaico del tabaco.

3. Biorremediación: Degradación de benceno por bacterias halófilas ydel petróleo por Pseudomonas.

4. Tratamiento de aguas residuales: Mediante el uso de biopelículas.

5. Diagnóstico de enfermedades: PCR gracias a la enzima polimerasade Thermus aqueaticus y chips de ADN por la enzima transcriptasainversa.

6. Terapia génica: Uso de virus como vectores.

SimbiosisPAU

En Biología se denomina simbiosis a la íntima asociación física de dos omás organismos diferentes, pudiendo distinguirse de tipo mutualismo,en los que todos los simbiontes asociados resultan beneficiados,parasitismo, en el que uno de los organismos daña o vive a expensasde otro (el huésped), y comensalismo, en el que el comensal sebeneficia mientras que el otro ni se perjudica ni se beneficia.

Son muchas las relacionessimbióticas en las queintervienen microorganismos,siendo muchas de ellas unejemplo de relación beneficiosa.

Los líquenes son un ejemplo demutualismo. Son asociaciones dehongos con algas, donde el hongoobtiene materia orgánica y ofreceagua, sales minerales, sustratofirme, incluso, a veces, protege alalga de una excesiva intensidadluminosa.

SimbiosisPAU

Entre los ejemplos de simbiosis con plantas, destacan:

Micorrizas Son asociaciones entre hongos del suelo y las raíces demuchas plantas. El hongo recibe materia orgánica y la planta una mayorsuperficie de absorción de agua y sales minerales.

Fijación simbiótica del N2. Asociación entre Rhizobium (bacteria) yleguminosas (plantas). Las raíces de dichas plantas presentan unosnódulos colonizados por estas bacterias. La planta se beneficia ya que labacteria fija el nitrógeno molecular atmosférico (estas plantas nonecesitan abonos nitrogenados). Las bacterias obtienen materiaorgánica.

SimbiosisPAU

Entre las simbiosis con animales, destacan las siguientes:

El rumen, una parte del estómago de los rumiantes, está colonizado porbacterias, hongos y protozoos que degradan la celulosa y otrospolisacáridos. Ellos utilizan una parte de dichos compuestos y ceden elresto al rumiante. Además producen vitaminas y enzimas que el animalutiliza.

Los insectos xilófagos (que roen la madera), como las termitas, tienenen su aparato digestivo unos protozoos que degradan la celulosa y lalignina de las que se alimentan los insectos.

SimbiosisPAU

En la especie humana hay numerososejemplos de relaciones simbióticas(tanto mutualismo, como comensalismoy parasitismo) con microorganismos.

Por ejemplo, el tubo digestivo contienebacterias que realizan fermentacionesque completan la digestión y sintetizanvitaminas (E. coli produce vitaminas Ky del grupo B).

En numerosas partes del cuerpohumano hay gran cantidad demicroorganismos: conjuntiva del ojo(estafilococos…), nariz(estreptococos…), estómago(Lactobacillus…), boca (Streptococcuspneumoniae…), intestino delgado(Lactobacillus, enterococos…), intestinogrueso (E. coli, Lactobacillus…), vagina(Candida, Clostridium…), etc.

Métodos de estudio de los microorganismosPAU

Con objeto de poder utilizar los microorganismos con fines aplicados ypara evitar sus efectos nocivos, es necesario disponer de métodos quepermitan eliminarlos de manera que podamos conseguir ambienteslimpios sin contaminación microbiana.

Se dice que un ambiente es estéril cuando se han eliminado todos losmicroorganismos del mismo. La esterilidad se puede alcanzar usandoprocedimientos físicos (calor, radiaciones), químicos o mecánicos(filtración). Sin embargo, los procedimientos de esterilización soncostosos y, en ciertas ocasiones, desaconsejables. Por ejemplo, laesterilización completa de ciertos alimentos no es posible sin destruir suscaracterísticas nutritivas.

Se dice que un ambiente es aséptico cuando se han eliminado todos losmicroorganismos patógenos. Un ambiente aséptico no tiene porqué serestéril. La asepsia también se puede conseguir por procedimientosfísicos y químicos.

EsterilizaciónPAU

La esterilización es un proceso mediante el cual seeliminan todos los microorganismos, y se puedealcanzar usando procedimientos químicos y físicos.

Los métodos químicos de esterilización, ya seannaturales o sintéticos, pueden actuar de dos formas,agentes bactericidas que producen la muerte delas bacterias, y bacteriostáticos, que inhiben sucrecimiento.

Los métodos físicos de esterilización, se basan enla aplicación de radiaciones electromagnéticas ocalor.

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Existen distintos tipos de radiaciones electromagnéticas:

- Radiación gamma (ionizante):Elimina las bacterias al desorganizarlos ácidos nucleicos e interferir en ladivisión celular. Es un sustituto delcalor que puede aplicarse a losproductos después de serempaquetados. Se utilizafrecuentemente en la esterilizacióndel material médico o con alimentos.

- Las microondas producen lamuerte de todas las bacterias debidoal calor que generan, ya quedesnaturaliza sus proteínas.

- La radiación UV es la más débil delos métodos de irradiación. Mata a lasbacterias alterando sus ácidosnucleicos pero deja las endosporas(formas de resistencia).

EsterilizaciónPAU

La palicación de calor puede ser:

- Seco: Por ejemplo, cuando se calienta el asade siembra a la llama del mechero Bunsenpara esterilizarla.

- Húmedo: Se usa para esterilizar el material,colocándolo en un autoclave, aparato donde seeleva la presión y la temperatura en unambiente húmedo, provocando la muestre delos microroganismos e incluso sus endosporas.

EsterilizaciónPAU

PasteurizaciónPAU

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Método bactericida que elimina las bacterias patógenas perobacteriostático porque inhibe el crecimiento de las bacterias nopatógenas como lactobacillus, presentes en la leche u otros alimentoslíquidos sensibles al calor.

Fue descubierta en 1873 por el científico francés Louis Pasteur, quienobservó que calentar un líquido a una temperatura específica durante unperiodo concreto de tiempo asegura la destrucción de todos los patógenossin cambiar la composición o el valor nutritivo del líquido.

Este proceso es comúnmente utilizado en la actualidad para asegurar lacalidad y seguridad de los productos lácteos.

PasteurizaciónPAU

Con este método lospatógenos y otras bacteriasmueren y la conservación dela leche se extiende a 7-10días.

Sin embargo, si la leche nose refrigera, las bacteriasque quedan pueden crecer ymultiplicarse, volviéndolaagria.

Los tiempos y temperaturasmás comunes para lapasteurización de la leche,teniendo en cuenta lospatógenos más resistentes,son: 30 min a 63º C ó 16minutos 72º C.

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Tema 8. Microbiología - dpbiologia.weebly.comdpbiologia.weebly.com/uploads/2/1/5/5/21553524/gtp_t8.microbiolog... · si se trata de un microorganismo patógeno, tras alcanzar el