UNIDAD 17UNIDAD 17Microorganismos: enfermedades y biotecnologíaMicroorganismos: enfermedades y biotecnología
Recursos para la explicación de la unidadRecursos para la explicación de la unidad
Los microorganismos patógenos
Las enfermedades infecciosas
Ciclo de Entamoeba histolytica
Ciclo de Plasmodium
Estudio y control de microorganismos
La biotecnología microbiana
Producción de antibióticos
Fermentaciones
Control de plagas Alimentación Ingeniería genética
Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicos
El ciclo del carbono
El ciclo del azufre El ciclo del nitrógeno
El ciclo del fósforo
Los microorganismos patógenosLos microorganismos patógenos
Vector (insecto)
Bacterias que producen hialuronidasa
Disminución de la cohesión entre
las células
Fibrinógenotransformado
en fibrina
Estafilococo
INFECCIÓN Invasión de un ser vivo por microorganismos patógenos
Puede producir una enfermedad (no
siempre)
Depende de:
Patogenicidad o virulencia del microorganismo
Susceptibilidad del huésped
Factores ambientales
Equilibrio con la flora bacteriana autoctona
Los microorganismos infecciososLos microorganismos infecciosos
Los microorganismos infecciososLos microorganismos infecciosos
• Adherencia específica a tejidos del huésped o entrada en células específicas pasivamente o activamente.
• Penetración Una vez adherido, el microorganismo puede liberar toxinas o penetrar en el tejido y diseminarse por distintas zonas.
• Reproducción. Una vez ha entrado el microorganismo se multiplica. En general todas las infecciones pasan por tres etapas:
1. Periodo de incubación. Tiempo comprendido entre la entrada del agente hasta la aparición de sus primeros síntomas. Aquí el patógeno se puede multiplicar y repartirse por sus zonas de ataque. Varia el tiempo dependiendo de la enfermedad.
2. Periodo de desarrollo. Aparecen los síntomas característicos.
3. Convalecencia. Se vence a la enfermedad y el organismo se recupera.
Fases de una infecciónFases de una infección
Sustancias venenosas de bajo peso molecular producidas generalmente por bacterias, que causan daño en el organismo en el que se encuentran.
1. Exotoxinas: proteínas liberadas al medio extracelular. Entre estas destacan las enterotoxinas que producen infecciones alimentarias. Ej. Toxina botulínica.
2. Endotoxinas: lipopolisacáridos que forman parte de la pared bacteriana y por tanto permanecen unidas al microorganismo.
Factores de virulencia. Las toxinasFactores de virulencia. Las toxinas
Factores de virulencia. Las toxinasFactores de virulencia. Las toxinas
Enfermedades transmitidas por vía sexual
• Sida• Herpes genital• Hepatitis B• Gonorrea• Sífilis• Candidiasis vaginal• Tricomoniasis
Enfermedades transmitidas por animales
• Disentería amebiana• Poliomielitis• Botulismo• Salmonelosis• Hepatitis A
Enfermedades transmitidas por el agua o los alimentos
• Disentería amebiana• Poliomielitis• Botulismo• Salmonelosis• Hepatitis A
Las enfermedades infecciosasLas enfermedades infecciosas
Enfermedades transmitidas por contacto directo
• Rabia (Rhabdovirus)• Tétanos (Clostridium tetani)• Dermatomicosis (hongos)
Enfermedades transmitidas a través del aire
• Resfriado común (Rhinovirus)• Gripe (Ortomixovirus)• Sarampión (Paramixovirus)• Paperas
Agua contaminada
Quiste multinucleado
Quiste multinucleado
Desenquistamiento de la ameba
Formación de amebas que pasan al intestino grueso
Las amebas fagocitan glóbulos rojos
Ameba en estado prequístico
Quiste
Ciclo biológico de Ciclo biológico de Entamoeba histolytica (disentería)Entamoeba histolytica (disentería)
1. Un mosquito infectado, introduce esporozoitos en una persona.
5. Se forman gametocitos masculinos y femeninos.
6. Un mosquito que pica a una persona infectada se lleva los gametocitos.
7. En el estómago del mosquito se forma un quiste con esporozoides que pasan a su saliva y puede infectar a otra persona.
4. Los merozoitos invaden los glóbulos rojos.
3. En las células del hígado se forman merozoitos del protozoo.
2. Los esporozoitos pasan a las células del hígado.
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Ciclo biológico del Ciclo biológico del Plasmodium (malaria/paludismo)Plasmodium (malaria/paludismo)
Robert Koch (1843-1910) fue uno de los más importantes bacteriólogos de todos los tiempos. Descubridor del bacilo de la tuberculosis y el bacilo del cólera y es considerado el fundador de la bacteriología. Trabajó en el aislamiento de agentes infecciosos y reinfecciones a partir de cultivos puros, experiencias a partir de las cuales estableció los “Postulados de Koch”.
1- El agente debe estar presente en cada caso de la enfermedad y ausente en los sanos.2- El agente no debe aparecer en otras enfermedades.3- El agente ha de ser aislado en un cultivo puro a partir de las lesiones de la enfermedad.4- El agente ha de provocar la enfermedad en un animal susceptible de ser inoculado.5- El agente ha de ser aislado de nuevo en las lesiones de los animales en experimentación.
Estudio y control de microorganismosEstudio y control de microorganismos
1. Fase de latencia 2. Fase exponencial 3. Fase estacionaria 4. Fase de muerte
1
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Curva de crecimiento de un cultivo bacteriano
Tiempo de incubación en minutos
Lo
ga
ritm
o d
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Estudio y control de microorganismos. CrecimientoEstudio y control de microorganismos. Crecimiento
ANTIMICROBIANOS
(a) Bacteriostáticos…Inhiben el crecimiento del microorganismo
(b) Bactericidas…Matan a los microorganismos sin necesidad
de destruirlos o lisarlos
(c) Bacteriolíticos…Matan a los microorganismos por lisis
Agente antimicrobianoAgente antimicrobiano“Sustancia o Agente capaz de actuar sobre los
microorganismos, ya sea inhibiendo su crecimiento o causando su muerte”
Estudio y control de microorganismos. ControlEstudio y control de microorganismos. Control
Debe cumplir:
1.- Especificidad:Se refiere al espectro de la actividad antimicrobiana, definida por su capacidad de unión a un sitio específico de la bacteria.
2.- Eficacia “in vivo”:Debe ser bacteriostático o bactericida in vivo, es decir, su acción no debe ser revertida en el interior del organismo.
3.- Toxicidad selectiva:Debe ser tóxico para el microorganismo, pero ser inocuo para el hospedero. Esto es indispensable para la utilización del antimicrobiano en clínica.
Estudio y control de microorganismos. ControlEstudio y control de microorganismos. Control
Esterilización: “es el proceso mediante el cual células vivas, esporas viables y virus son destruidos o removidos de un objeto o hábitat”. Un objeto estéril es aquel que está libre de microorganismos vivos, esporas o cualquier agente infeccioso.
Un desinfectante no necesariamente esteriliza un objeto, ya que pueden permanecer algunos microorganismos o esporas.
Desinfección: “es el proceso de eliminar, inhibir o remover microorganismos que puedan causar enfermedad”. Desinfectante: “agente, generalmente químico, utilizado para llevar a cabo la desinfección”, normalmente se utilizan sobre objetos inanimados. Antiséptico: “agente químico utilizado sobre tejido vivo”
Sanitización: “es el proceso de reducir la población de microorganismos a niveles considerados seguros por los estándares de salud pública”.
Estudio y control de microorganismos. ControlEstudio y control de microorganismos. Control
Agentes antimicrobianos físicosCalor: causa la desnaturalización de las proteínas de la pared bacteriana y ácidos nucleicos, destruye las membranas. •Calor húmedo (20 min a 121ºC): produce la desnaturalización y coagulación de proteínas.
• Esterilización clásica (120ºC unos 30 min.)• Esterilización UHT (140ºC 3 segundos, no proporciona tanta
conservación)•Calor seco (2 horas a 180ºC) Origina la oxidación de los componentes celulares.
Autoclave Horno
Estudio y control de microorganismos. ControlEstudio y control de microorganismos. Control
Agentes antimicrobianos físicos
Pasteurización: no pierde sabor ni aromas. Se eleva rápidamente la temperatura a 71,7ºC y se mantiene 15-20 segundos, para después enfriar (choque térmico)
Ultrapasteurización o UHT.
Tratamiento por debajo del punto de congelación: Bacteriostático.
Radiaciones electromagnética:
Ionizantes: (rayos X y gamma) ionizan las moléculas modificándolas.
No ionizantes: (UV) producen mutaciones y otros cambios en el ADN
Filtración de fluidos o gas.
Estudio y control de microorganismos. ControlEstudio y control de microorganismos. Control
Corriente de aire
Indicador de presión
Cámara
Puerta
Termómetro
Flujo de aire caliente y húmedo
Salida al exterior
Muestras para esterilizar
Estudio y control de microorganismos. ControlEstudio y control de microorganismos. Control
Estudio y control de microorganismos. ControlEstudio y control de microorganismos. Control
Agentes antimicrobianos químicos
Esterilizantes: Destruyen todas las formas microbianas. Formaldehido, glutaraldehido.
Desinfectantes: Eliminan microorganismos pero no sus esporas. Hipocloritos (lejía), compuestos fenolíticos, sulfato de cobre.
Antisépticos: Contra microorganismos presentes en heridas de la piel. Etanol 70%, solución de yodo, agua oxigenada, jabón, detergentes, clorhexidina (cristalmina)
Agentes quimioterapéuticosAgentes quimioterapéuticos
Antibióticos Antibióticos Funcionan inhibiendo la síntesis de la pared bacteriana, destruyendo la membrana plasmática o inhibiendo la síntesis de ADN, ARN y/o proteinas.
Agentes quimioterapéuticos sintéticosAgentes quimioterapéuticos sintéticos
Estudio y control de microorganismos. AntibióticosEstudio y control de microorganismos. Antibióticos
Estudio y control de microorganismos. AntibióticosEstudio y control de microorganismos. Antibióticos
Alexander Fleming (1928):Observó que el hongo Penicillium notatum impedía el crecimiento de Staphylococcus aureusFlorey y Chain (1939): aislaron Penicilina G
Penicillium notatum
Estudio y control de microorganismos. AntibióticosEstudio y control de microorganismos. Antibióticos
El hongo Penicillium notatum impide el crecimiento de Staphylococcus aureus...
Foto original tomada por Fleming Foto actual
Estudio y control de microorganismos. AntibióticosEstudio y control de microorganismos. Antibióticos
Evaluación de la eficaciaEvaluación de la eficacia
En el laboratorio se puede estudiar la susceptibilidad a antimicrobianos que presentan bacterias aisladas desde
una muestra biológica...
La susceptibilidad a antimicrobianos, junto con la identidad de la bacteria aislada y ciertos factores del hospedero constituyen las bases para la elección de una terapia
antimicrobiana adecuada…
Pruebas de susceptibilidad antimicrobiana in vitro:Test por diluciónTest por difusión
Se realizan según ciertas normas previamente estandarizadas (NCCLS)
Estudio y control de microorganismos. AntibióticosEstudio y control de microorganismos. Antibióticos
Concentración inhibitoria mínima (CIM)
Corresponde a la menor concentración de antimicrobiano que inhibe el crecimiento bacteriano luego de 18 a 24 horas de
incubación.
Concentración bactericida mínima (CBM )
Corresponde a la menor concentración capaz de matar un 99,9% la población bacteriana.
Estudio y control de microorganismos. AntibióticosEstudio y control de microorganismos. Antibióticos
Técnica de referencia en la mayoría de los estudios clínicos de susceptibilidad a antimicrobianos.Entrega un resultado cuantitativo, ya que permite determinar la concentración inhibitoria mínima (CIM).Se puede realizar en medio líquido (dilución en caldo) o en medio sólido (dilución en agar).Método complejo y de alto costo.
Dilución seriada en caldo
Lectura del CIM
CIM
Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Antibiograma por diluciónAntibiograma por dilución
Es el método más usado…
Es práctico y sencillo de realizar e implementar…
Permite analizar un gran número de antibióticos al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones…
Entrega un resultado cualitativo… (bacteria sensible o resistente)
“(Técnica de Kirby-Bauer)”
Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Antibiograma por difusiónAntibiograma por difusión
Resistente(No hay halo de
inhibición)
Análisis de varios antibióticos
en un mismo ensayo
Sensible(Presencia de halos
de inhibición)
“(Técnica de Kirby-Bauer)”
Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Antibiograma por difusiónAntibiograma por difusión
Halos de inhibiciónDiscos con antibióticos
Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Antibiograma por difusiónAntibiograma por difusión
pH del medio de cultivo: algunos antibióticos son activos a pH ácido (nitrofurantoína) y otros lo son a pH alcalino (aminoglucósidos).
Componentes del medio de cultivo: pueden antagonizar al antibiótico (extracto de levadura antagoniza a sulfonamidas).
Estabilidad del medicamento: algunos antibióticos se inactivan a la temperatura de cultivo (clortetraciclina, en menor grado penicilina)
Tamaño del inóculo: si hay muchas bacterias, la susceptibilidad es menor y pueden aparecer mutantes resistentes.
Tiempo de incubación: si es muy breve los m.o. no mueren; si es muy
largo, pueden aparecer mutantes resistentes o inactivarse el medicamento.
Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Factores que afectan a la actividad antibacterianaFactores que afectan a la actividad antibacteriana
Es mucho más compleja, ya que hay que considerar la relación con el hospedero…
HOSPEDERO
ANTIBIÓTICO MICROORGANISMO
Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Actividad antimicrobiana “in vivo”Actividad antimicrobiana “in vivo”
Un microorganismo para ser útil en procesos biotecnológicos debe tener las siguientes características:
1. Crecer rápidamente2. Poder ser cultivado a gran escala3. Producir sustancias útiles 4. Hacerlo en poco tiempo
PRODUCTOS DE LAS CÉLULAS
Enzimas
Antibióticos
Aditivos alimenticios
Alcohol
Productos químicos
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaOtros usosOtros usos
Producción de antibióticos Fermentaciones Alimentación
Control de plagas Ingeniería genética
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbiana
1. Obtención de muestras bacterianas en la naturaleza.
2. Selección de colonias.
3. Cultivo puro de una colonia.
4. Determinación del efecto de esta bacteria sobre otras.
5. Inhibición del crecimiento bacteriano.
6. Tanque de fermentación para producir antibiótico.
7. Determinación de la concentración del antibiótico.
8. Test de toxicidad.
9. Producción industrial.
10. Obtención de viales.Producción de antibióticos
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaProducción de antibióticos, vitaminas, aminoácidos y enzimasProducción de antibióticos, vitaminas, aminoácidos y enzimas
Tanques de fermentación para elaborar cerveza
Elaboración de queso Emmental
Control sanitario de alimentos
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentciones y alimentaciónFermentciones y alimentación
Fermentación alcohólica
Glucosa (C6H12O6) 2 etanol (CH3–CH2OH) + 2 CO2
Fermentación láctica
Lactosa (C12H22O11) + H2O 2 glucosa (C6H12O6) 4 ácido láctico (CH3–CHOH–COOH)
2 etanol (CH3–CH2OH) + 2 O2 2 ácido acético (CH3–COOH) + 2 H2O
Fermentación acética
FERMENTADORINDUSTRIAL
VER FERMENTADORDE FRINGS
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Elaboración de vino, cerveza, pan, queso y otros lácteosFermentaciones. Elaboración de vino, cerveza, pan, queso y otros lácteos
Vapor
Motor
Controlador de pH
Escape
Caldo de cultivo
Salida de agua
Aire estéril
Cosecha
Entrada de agua
Impulsores
Cubierta de enfriamiento
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentador industrialFermentaciones. Fermentador industrial
Entrada de alcohol etílico diluido
Goteo del medio de cultivo
Virutas con bacterias que transforman el alcohol etílico en
ácido acético
Ácido acético en la cámara de recolección Grifo de recolección
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentador de FringsFermentaciones. Fermentador de Frings
La fermentación acética es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético.
La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es considerado uno de los fallos del vino.
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación acéticaFermentaciones. Fermentación acética
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación alcohólicaFermentaciones. Fermentación alcohólica
Mediante este tipo de proceso se forman productos como vino, pan o cerveza.
Producción de vino
Saccharomyces Cerevisiae
Producción de cava y champan
Se sigue el llamado méthode champenoise, en el que se hace una primera fermentación alcohólica igual que en el vino, y una segunda fermentación en botella tras la adición de azucares. El CO2 generado en esta segunda fermentación es el origen de las burbujas del cava
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación alcohólicaFermentaciones. Fermentación alcohólica
Producción de cerveza
Se obtiene a partir de la fermentación de granos germinados de cereales (cebada, arroz o maíz. Esto es lo que se llama malteado (se generan amilasas que convierten el almidón en glucosa).
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación alcohólicaFermentaciones. Fermentación alcohólica
Producción de pan
Se obtiene de la fermentación de una masa formada por harina de cereales, agua, sal y levaduras.
Una vez fermentada, la masa se mete en un horno
El CO2 queda atrapado en la masa cocida, formando las burbujas que se ven en la miga del pan.
El etanol formado, se volatiliza en la cocción.
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación alcohólicaFermentaciones. Fermentación alcohólica
La leche se convierte en ácido láctico por la acción de bacterias de los géneros Lactobacillus, Streptococcus o Leuconostoc.
Como resultado de la formación del ácido, baja el pH, y las proteínas se desnaturalizan y precipitan formando la cuajada, a partir de la que se elaboran los diferentes productos lácteos: queso, yogur, kefir…
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación lácticaFermentaciones. Fermentación láctica
La cuajada sufre una nueva fermentación a cargo de bacterias y hongos que hidrolizan las proteínas hasta dar primero aminoácidos y luego aminas, ácidos grasos y amoniaco.
Producción de queso
Los Streptococcus de la leche la agrian, generando la nata, a partir de la cual se genera la mantequilla
Producción de mantequilla
Producción de yogur
La fermentación de la lactosa (el azúcar de la leche) en ácido láctico mediante bacterias. El incremento de ácidez evita la proliferación de bacterias patógenas
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación lácticaFermentaciones. Fermentación láctica
Maíz
Spodoptera frugiperda
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La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaControl de plagasControl de plagas
Plásmido receptor
Endonucleasa de restricción
ADN donante
Plásmido recombinante
Incorporación del plásmido recombinante
Clonación bacteriana
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaIngeniería genéticaIngeniería genética
Consiste en introducir genes de interés en bacterias, cultivarlas a gran escala, obtener la proteína correspondiente y purificarla. También se pueden obtener de esta forma organismos transgénicos.
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaIngeniería genéticaIngeniería genética
Como fuente de alimentos
No son tóxicos para el ser
humano o los animales
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaOtros usosOtros usos
La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaOtros usosOtros usos
Ciclo del carbono Ciclo del azufre
Ciclo del nitrógeno Ciclo del fósforo
Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicos
Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicosCiclo del carbonoCiclo del carbono
Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicosCiclo del azufreCiclo del azufre
Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicosCiclo del nitrógenoCiclo del nitrógeno
Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicosCiclo del fósforoCiclo del fósforo