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IMPORTANCIA DE LA MICROBIOLOGÍA:

MICROBIOLOGÍA APLICADA

martes 29 de mayo de 2012

✴Algunos microbios son patógenos-- enfermedades infecciosas

✴ La mayoría son inocuos para los seres vivos o son beneficiosas para los ecosistemas e incluso su actividad es provechosa para la especie humana.

✴Las bacterias han colonizado todos los hábitats de la Tierra:•Hábitats extremos: bacterias extremófilas como las termófilas (thermococcus) que viven

en aguas termales o en grietas del fondo oceánico de hasta 110ºC, bacteriaspsicrófilas (-10ºC), bacterias acidófilas o basófilas o en ambientes de elevada salinidad (Halobacterium).

•Cuerpo humano: viven en simbiosis y constituyen la flora normal, en el intestino (E.coli, indicador de aguas fecales), en la piel, mucosas, boca

✴En el suelo y subsuelo: bacterias y hongos descomponedores de la materia orgánica en inorgánica que transforman los compuestos ricos en nitrógeno, fósforo y azufre en minerales fácilmente asimilables por los vegetales--- intervienen en los ciclos biogeoquímicos

✴En aguas dulces y marinas: en los ecosistemas acuáticos abundan los microorganismos fotosintéticos que forman el fitoplancton, productores primarios de las cadenas tróficas; en las zonas oxigenadas abundan algas y cianobacterias; en aguas continentales o costeras hay mayor nº de bacterias , hongos y protozoos si existe contaminación de las aguas con materia orgánica que les sirve de alimento.

PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LA NATURALEZA Y EN LOS PROCESOS

INDUSTRIALES


Los procesos industriales que utilizan los microorganismos como base para la obtención de sus productos constituyen la microbiología industrial o biotecnología microbiana.

La biotecnología tradicional emplea los microorganismos tal y como se encuentran en la naturaleza, seleccionados cuidadosamente para producir uno o varios productos específicos con un gran rendimiento.

Los microorganismos que se utilizan en la industria, deben cumplir una serie de requisitos :

✓ Crecer rápidamente a gran escala en medios de cultivo líquidos

✓ Ser genéticamente estables

- Producir sustancias de interés en cortos periodos de tiempo.

- encontrarse en cultivos que se puedan mantener durante largo tiempo

- Ser aptos para la manipulación genética.

Microorganismos de interés industrial

Actinomicetos (bacterias heterótrofas aerobias G (+)

Mohos

Levaduras

Recientemente se utilizan microorganismos modificados genéticamente mediante métodos de ingeniería genética -------- biotecnología moderna

LOS MICROORGANISMOS EN LA INDUSTRIA


Se realizan en grandes tanques, de acero inoxidable , llamados fermentadores o biorreactores , de hasta 500000 litros de capacidad , en los que existe un líquido que es el medio de cultivo del microorganismo.

• Los fermentadores deben disponer de conductos para añadir el medio de cultivo y los microbios; de válvulas para permitir la salida de gases indeseables producidos y de grifería para poder extraer periódicamente el producto de la fermentación; además de una cubierta externa de enfriamiento o refrigeración.

Los procesos microbianos efectuados en la industria, que permiten el cultivo de m.o., realizar transformaciones químicas y obtener productos comerciales, son las fermentaciones( aunque bioquímicamente no sean anaerobias)


Partes de un fermentador

Un fermentador aerobio consta de:- Tanque o recipiente- Sistema de refrigeración o calentamiento:estructura de revestimiento del tanque- Sistema de aireación: con un difusor que introduce aire en forma de diminutas burbujas y un impulsor para agitar y mezclar el microorganismo con el medio de cultivo y con el aire introducido - Sistema de monitorización y programación: mantiene las condiciones óptimas de crecimiento (ph,temperatura, crecimiento, concentración del producto) se realiza con ordenadores y programas informáticos adecuados.


Producción de alimentos o sustancias empleadas en alimentación:

- obtención de bebidas alcohólicas: vino , cerveza , sidra y bebidas destiladas.

- vinagre( ácido acético Acetobacter) - pan - quesos , yogures, mantequilla y leches fermentadas - obtención de ácido cítrico (conservante en bebidas alcohólicas, (se usa el hongo aspergillus )

- suplementos y aditivos alimentarios : como vitaminas(B12,riboflavina, acído glutámico(potenciador del sabor) ácido aspártico, edulcorante

Industria alimentaria


Bebidas alcohólicas y destilaciónLas levaduras del g. Saccharomyces producen etanol degradando incompletamente la glucosa mediante fermentación alcohólica. glucosa (C6 H12 O6) 2 etanol (CH3 –CH2 OH)+ CO2

Las bebidas alcohólicas obtenidas por fermentación:✓ Vino a partir de la uva (S. ellipsoideus)✓ Cerveza a partir de granos de cebada (S.cerevisiae )✓ Sidra a partir de la manzana ✓ Bebidas destiladas (whisky, ron, brandy) por fermentación en caliente y posterior

concentración del etanol


Fabricación de cerveza


La fermentación alcohólica producida por

las levaduras es el paso esencial en la

producción del pan :

el CO2 liberado es el responsable de la “subida

de la masa” y que resulte esponjoso .El alcohol

etílico se evapora durante el proceso de cocción.

Levadura del género Saccharomyces cerevisiae

Fabricación del pan


El ácido láctico es producido por bacterias como Lactobacillus o Streptococcus que degradan la lactosa mediante fermentación :

lactosa 2 gluc(C6 H12 O6 ) ác.láctico (CH3-CHOH-COOH)

•El medio de cultivo utilizado es el suero de la leche.

•Los productos que se obtienen :mantequilla , queso, yogurt, kéfir , se elabora también el choucroute(coles ácidas) salchichas, salsas de soja.

•Las sales del ácido láctico, lactatos, tienen variedad de usos: en tratamientos de anemia (lactato de hierro), en deficiencias de calcio (lactato de calcio), en la obtención de sustancias plastificantes (lactatos de sodio)

Fermentaciones lácticas


Elaboración del queso:1º-Adición del cuajo o renina que precipita las proteínas de la leche formando el requesón o cuajada y un componente líquido, el suero lácteo2º- separación del suero y la cuajada por filtración3º maduración del queso


Industria quimiofarmacéutica1- Obtención de antibióticos: La penicilina fue el primer antibiótico , obtenido del hongo Penicillium por Alexander

Fleming .Los antibióticos son productos de síntesis; se conocen cerca de 800 producidos por

microorganismos.

Su obtención consta de tres etapas:1º- crecimiento del hongo productor en fermentadores con el medio de cultivo adecuado

para su desarrollo2º- al cabo de unas 40 horas de cultivo , el hongo no crece más y comienza a producir

la penicilina.3º-purificación del antibiótico: el hongo se separa del caldo de cultivo por filtración o

centrifugación; posteriormente la penicilina se separa por cristalización.

La producción industrial de antibióticos ha crecido espectacularmente debido a

- Selección de cepas mutantes con mayor capacidad de producción. - Mejora de las técnicas de cultivo :control del ph y temperatura…… - Mejora en las técnicas de extracción y purificación


Los principales grupos de antibióticos:

penicilinas y cefalosporinas producidas respectivamente por hongos del gén Penicillium y cephalosporium

estreptomicinas ,eritromicinas y tetraciclinas producidos por diferentes especies de bacterias del gén Streptomyces.


2- Obtención de vacunas : a partir de virus muertos o atenuados para inducir la inmunidad.

Se obtienen actualmente por I.G.

3- Hormonas esteroideas : cortisona ( contra inflamaciones , alergias y rinitis) estrógenos y andrógenos. Se obtienen por bioconversión , método que consiste en hacer crecer el microorganismo en el fermentador , añadiendo posteriormente el producto que va transformar obteniendo el producto final.

4- Proteínas enzimáticas u hormonales: obtenidas por I.G.

5- Otras sustancias con variadas aplicaciones industriales: suplementos alimenticios usadas en panadería,pastelería, farmacia y medicina ,

vitaminas , aminoácidos potenciadores del sabor , edulcorantes , antioxidantes e incluso en lavandería e industria textil.

6- Productos químicos diversos:

• acetona y butano (disolventes orgánicos)• ácido glucónico (agente de lavado y suavizante) • dextrano ( reactivo químico y plasma sanguíneo artificial) • alcohol etílico (como disolvente y para combustible libre de plomo )

dihidroxiacetona (agente bronceador) • giberelina (hormona vegetal estimulante en el crecimiento de las plantas)


Acciones beneficiosas: - reciclado de nutrientes: estiércol y abonos agrícolas no contaminantes - fijación del nitrógeno atmosférico: Rhizobium vive en simbiosis con leguminosas ( garbanzos , lentejas, alfalfa, soja ,….o el género Anabaema con el arroz,

- mejora de plantas y animales mediante la obtención de trangénicos en los que se utiliza a los microorganismos como vectores.

- la producción de piensos (proteína unicelular empleada como suplemento proteico en piensos para el ganado).

- obtención de insecticidas biológicos: la bacteria Bacillus thuringiensis produce una proteína no tóxica para humanos , que actúa como insecticida natural.

Acciones nocivas: - enfermedades infecciosas que originan en las plantas agallas, tumores, podedumbres , marchitez , manchas en las hojas , cambios de color producidas por bacterias , hongos o virus

- enfermedades en animales como el carbunco , mastitis ,peste porcina, glosopeda….que afectan a las especies ganaderas

LOS MICROORGANISMOS EN LA AGRICULTURA Y GANADERÍA


La acción descomponedora y la capacidad de transformación de la materia por los microorganismos es utilizada en la lucha contra la contaminación del medio ambiente. Esta aplicación recibe el nombre de biorremediación.

La biorremediación consiste en utilizar la actividad biológica de los microorganismos para descontaminar una zona determinada.

Así, se utilizan en 1- biodegradación del petróleo : bacterias , mohos y levaduras son capaces de oxidar los hidrocarburos y hacen desaparecer las manchas de petróleo en el mar o en las costas.

2- el tratamiento y depuración de aguas residuales (EDAR) 3- biodegradación de los compuestos y sustancias químicas de origen industrial que no han existido en la naturaleza: plásticos y similares usados en embalajes, como poliuretano, poliestireno ….o de plaguicidas, herbicidas, fungicidas usados en agricultura.

LOS MICROORGANISMOS EN EL MEDIO AMBIENTE


Los microorganismos juegan un papel crucial en la transformación de la materia, estando implicados en los Ciclos Geoquímicos del carbono, nitrógeno, hierro y azufre.

Ciclos Geoquímicos

La materia se transforma mediante la acción de los microorganismos. Así, ésta puede ser reutilizada. Los bioelementos circulan de forma cíclica desde la Atmósfera y la Hidrosfera hasta los organismos vivos y de ellos, de nuevo a la Atmósfera o a la Hidrosfera.

Estos ciclos reciben el nombre de Ciclos Geoquímicos, que corresponden a los ciclos del carbono, nitrógeno, hierro y azufre


CICLO DEL CARBONO


CICLO DEL NITRÓGENO


Los avances en ingeniería genética han determinado que los microorganismos tomen un papel importante en los procesos biotecnológicos.

LA BIOTECNOLOGÍA en sentido amplio contempla el uso de microorganismos en procesos industriales.

Modernamente se prefiere aplicar el término de BIOTECNOLOGÍA al uso de la ingeniería genética para crear nuevos organismos capaces de sintetizar productos específicos de alto valor comercial.

La biotecnología depende de la ingeniería genética ---- manipulación de genes y sus productos - usan técnicas del ADN-recombinante

La ingeniería genética microbiana consiste en introducir el gen que produce la molécula que se pretende conseguir y que procede de una molécula de ADN donante , en el material genético de una bacteria , principalmente en alguno de sus plásmidos.

Estos , luego son añadidos a un medio de cultivo con bacterias , que lo incorporan a su material genético;

Las bacterias con estos nuevos plásmidos se reproducen , clonan el gen recibido y adquieren la capacidad de producir la molécula útil , que posteriormente es recuperada del medio de cultivo.

MICROORGANISMOS E INGENIERÍA GENÉTICA: LA NUEVA BIOTECNOLOGÍA


Aplicaciones básicas: regulación , expresión y represión de genes y de los mecanismos de acción de las enzimas

Aplicaciones médicas: Producción de sustancias con fines terapéuticos: insulina, hormona del crecimiento, interferón, eritropoyetina, factor VIII de coagulación

Obtención de vacunas más eficaces y de anticuerpos Diagnóstico y curación de enfermedades hereditariasAplicaciones industriales y en el medio ambiente Producción masiva de antibióticos , de proteínas de interés alimenticio y otros productos industriales.

Obtención de animales y vegetales transgénicos Obtención de cepas que degraden residuos , control de plagas ,eliminación de mareas negras , obtención de energía no contaminante(metano o bioetanol)

APLICACIONES PRÁCTICAS DE LA INGENIERÍA GENÉTICA


La mayoría de los microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Muchos de ellos incluso se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los tejidos de los animales, viviendo en ellos, en su piel, en sus conductos digestivos o respiratorios; son la denominada flora normal.

Sin embargo, los microbios más conocidos son aquellos que producen enfermedades infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana; estos son los microorganismos patógenos.

El grado de patogenidad se denomina virulencia y se mide, generalmente, por el número de microorganismos necesarios para desarrollar la enfermedad.

Hay microorganismos que normalmente no son patógenos pero pueden serlo cuando disminuyen los mecanismos defensivos de un animal: son los microorganismos oportunistas.

LOS MICROORGANISMOS EN LA SALUD (M.O. PATÓGENOS)


Infección: penetración del organismo en el huéspedETAPASPeríodo de incubación: tiempo transcurrido desde la infección hasta aparición de los

síntomas de la enfermedad, varía según el agente patógeno.Período agudo: tiempo en el que los síntomas de la enfermedad son evidente (fiebre , tos,

erupciones…)Período de declive: tiempo en el que los síntomas van desapareciendo progresivamente.Período de convalecencia: tiempo en el que el paciente recobra su vitalidad y vuelve a la

normalidad.CLASIFICACIÓNEpidemia, cuando la enfermedad infecciosa afecta a un número elevado de la población en

un tiempo corto. Suelen producir un gran número de muertes. Un ejemplo es la Viruela o la gripe.

Endemia, si la enfermedad afecta a las personas de una determinada región, en una época dada. No suele producirse un gran número de casos. La malaria es un ejemplo de endemia, se produce en zonas tropicales y en épocas de lluvia.

Pandemia, son epidemias que afectan a un gran número de individuos en poco tiempo y en una región muy grande. Por ejemplo en el año 2003 se produjeron un gran número de casos del SARS, o neumonía asiática atípica.

Actualmente, y gracias a la quimioterapia, las vacunas, la higiene y la educación preventiva, disminuye o se controla un gran número de enfermedades infecciosas. Pero en la otra cara de la moneda aparecen nuevos agentes patógenos que deben ser estudiados para poder tratar las enfermedades que producen.

ENFERMEDADES INFECCIOSAS


Las enfermedades infecciosas pueden ser producidas por

virus, como el de la gripe, SIDA bacterias, como la que produce la meningitis, salmonelosis protozoos, como el de la malaria hongos, como el responsable del pie de atleta.

En la actualidad se conocen nuevos agentes infecciosos como los Priones (carecen de ácidos nucleicos, están formados únicamente por proteínas), enfermedad de Creutzfeldt-Jakob

TIPOS DE AGENTES INFECCIOSOS

PRINCIPALES ENFERMEDADES INFECCIOSAS

Según el medio en que son transmitidas:

✓Por el aire✓Por contacto directo a través de la piel✓Por vía sexual ✓Por el agua y los alimentos✓Por animales


ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR EL AIRE


ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR LA PIEL

Pie de atleta

Infección causada por la proliferación de un hongo sobre la piel de los pies. es contagioso y se puede transmitir por contacto directo o por contacto con artículos, calzado, calcetines, superficies de piscina, duchas.El síntoma más común es la piel agrietada, en escamas y que se desprende entre los dedos de los pies o en los lados del pie. Otros síntomas son:

• Piel roja y con picazón• Ardor o escozor• Ampollas que supuran o forman costra

Tinea pedis


ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR EL AGUA Y LOS ALIMENTOS

Es una infección alimentaria. Se transmite por agentes fecales o alimentos contaminados. La salmonella produce una endotoxina muy potente que afecta al intestino, la sangre, el bazo y los ganglios linfáticos.

Síntomas: diarreas, vómitos, dolores de cabeza y abdominales y fiebre. Los principales alimentos contaminados son huevos, leche y derivados, carnes.

Salmonelosis Salmonella sp


ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR VECTORES


Tratamiento de enfermedades mediante sustancias químicas (agentes quimioterapéuticos ) ,son agentes antimicrobianos que interfieren específicamente en las rutas metabólicas bacterianas.

Los hay bacteriostáticos (inhiben su reproducción ) y bactericidas (destruyen las bacterias)

Hay dos categoriasSulfamidas: origen sintético. Son bacteriostáticasAntibióticos. Origen natural. Acción bactericida. Penicilina, cefalosporinas, estreptomicinas,…No actúan frente a los virus , ya que estos carecen de metabolismo propio

LA QUIMIOTERAPIA


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