Biología: abril 2011

MICROBIOLOGÍA

ÍNDICE:

1. MICROORGANISMOS

1.1. CONCEPTO DE MICROORGANISMO

1.2. CLASIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS

1.3. COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS VIRUS

1.3.1. CICLO LÍTICO

1.3.2. CICLO LISOGÉNICO

1.4. PRINCIPALES COMPONENTES DE LA CÉLULA PROCARIOTA

1.5. BIPARTICIÓN DE LAS BACTERIAS

1.6. CLASIFICACIÓN METABÓLICA DE LAS BACTERIAS

1.7. CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES Y DE NUTRICIÓN DE

ALGAS, HONGOS Y PROTOZOOS

1.8. RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA

ESPECIE HUMANA; INOCUAS, BENEFICIOSAS Y PERJUDICIALES

1.9. CONCEPTO DE BIOTECNOLOGÍA. EJEMPLOS DE APLICACIONES

BIOTECNOLÓGICAS

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1. MICROORGANISMOS

1.1. CONCEPTO DE MICROORGANISMO

El término microorganismo es impreciso y heterogéneo, tanto por el tamaño y la organización de sus células, como por sus características funcionales y evolutivas, o por el medio en el que viven.

Los microorganismos son todos aquellos seres vivos que por su reducido tamaño (desde 0,1µ en algunos virus a unas 250µ en algunos protozoos) sólo son visibles al microscopio. Con esto tenemos que dentro de este concepto se agrupan organismos pertenecientes a grupos taxonómicos distintos.

Este pequeño tamaño proporciona a los microorganismos diversas ventajas como:

Rápido intercambio de sustancias con el medio externo.
Metabolismo muy rápido, pues los compartimentos celulares están muy próximos a los metabolitos y nutrientes. Por ello pueden alterar rápidamente el medio en el que viven, agotando los nutrientes e inundándolo de residuos. Las toxinas son productos metabólicos de algunos microorganismos que utilizan como arma de ataque-defensa ante los competidores.
Rápida multiplicación, basada en su eficaz metabolismo. Esto tiene aspectos positivos que utiliza la microbiología industrial en la fabricación de antibióticos, fermentaciones, etc. y aspectos negativos, especialmente su capacidad invasora, siendo muchos de ellos patógenos.
Pueden adaptarse a todo tipo de condiciones ambientales, por extremas que sean, formando (según L. Margulis) una capa continua sobre la Tierra conocida como microcosmos. Por esta capacidad de adaptación y rápido metabolismo, los microorganismos desempeñan papeles básicos de los ciclos biogeoquímicos.

1.2 CLASIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS

Los microorganismos se distribuyen en tres reinos:

Moneras (bacterias), con organización típicamente procariota.
Protistas (protozoos, algas microscópicas), constituidos por células eucariotas.
Hongos, constituidos por células eucariotas.

Dentro de microorganismos también se incluyen los virus, organismos acelulares que no constituyen un reino dentro de los seres vivos.

1.3. COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS VIRUS

Los virus son moléculas de ácido nucleico envueltas por una cubierta proteica (cápsida). No tienen organización celular y el material genético puede ser ADN o ARN, pudiendo ser éste monocatenario o bicatenario. Además, la información genética se puede encontrar como una única molécula o segmentada.

Todos son parásitos intracelulares obligados, que modifican mediante su ácido nucleico el metabolismo de la célula hospedadora, usándola para reproducirse. Fuera de la célula parasitaza son estructuras inertes, ya que carecen de enzimas con las que desarrollar su propio metabolismo, siendo su única función transportar el ácido nucleico viral de una célula hospedadora a otra.

1.3.1. CICLO LÍTICO

En este ciclo, el virus infecta una célula, se reproduce y termina matando al huésped.

El ácido nucleico viral se apodera del metabolismo celular, dirigiéndolo hacia la fabricación de los componentes víricos, copias de ácidos nucleicos víricos y tras transcribir el mensaje de su genoma a ARN_m, proteínas de las cápsidas. Estos componentes de acumulan en distintas partes de la célula infectada, y cuando hay suficientes, el ácido nucleico se pliega y se introduce dentro de la cápsida, apareciendo grandes cantidades de viriones (partículas víricas).

Etapas:

Absorción y fijación del virión a receptores específicos de la célula huésped a través de la envoltura del virus.

Penetración del ácido nucleico del virus en la célula y degradación del ADN celular.

Replicación del ácido nucleico viral utilizando la maquinaria de la célula huésped.

Transcripción y síntesis de proteínas de la cubierta. El virus se apodera del metabolismo celular y lo dirige hacia la síntesis de los componentes víricos.

Ensamblaje de las unidades estructurales y empaquetamiento del ácido nucleico en las cápsidas.

Lisis de la célula y liberación de los viriones maduros al exterior celular. La liberación de los virus puede causar la muerte de la célula hospedadora por agotamiento de sus nutrientes, por rotura de su membrana o por destrucción de su genoma.

1.3.2. CICLO LISOGÉNICO

En este ciclo, cuando los viriones invaden la célula huésped, en lugar de destruirla, integran su ADN, por lo que el genoma del virus queda en estado de propago o provirus. Mientras va replicándose y transmitiéndose (queda en estado latente), sin que se produzcan la síntesis de los componentes virales ni la liberación de los virones.

Por distintos factores, el provirus puede comenzar un ciclo normal o lítico.

1.4. PRINCIPALES COMPONENTES DE LA CÉLULA PROCARIOTA

La célula procariota es la más sencilla y primitiva. Presentan pared celular no celulósica formada por peptidoglicanos (un heteropolisacárido) que le da rigidez. Ésta rodea la membrana plasmática y les da forma, soporte mecánico y protege frente a la presión osmótica.

Tienen una membrana plasmática, ribosomas 70s (que se encargan de la síntesis de proteínas), que es el único orgánulo que posee la procariota y el más fundamental. Son similares a los que se encuentran en las mitocondrias y cloroplastos, y se encuentran en el citoplasma.

En el citoplasma también se pueden encontrar inclusiones constituidas por distintas sustancias de reserva, puede tener cromatóforos con actividad fotosintética y todo el equipo enzimático que permite a estas células comportarse como aerobios, anaerobios, fotosintéticos o quimiosintéticos (según los casos).

También ADN sin proteínas, es bicatenario y forman un único cromosoma circular. Éste está desnudo, es decir, no está envuelto en membrana nuclear (carece de núcleo), y se localiza en una región llamada nucleoide.

Suelen poseer mesosoma, una especialización de la membrana donde se encuentran las enzimas necesarias para la replicación, la respiración o la fotosíntesis (algunos).

Se puede encontrar o no el glicocáliz o glucocáliz, que es una cubierta de naturaleza glucídica que favorece la adhesión a un sustrato/huésped, y le da carácter antigénico a la bacteria (hace que sea resistente).

Ciertas bacterias poseen flagelos, filamentos largos y finos que le proporcionan movilidad. Están formados de flagelina. Otros, poseen pilis o fimbrias, que son estructuras tubulares y huecas cuya pared esta formada por proteínas. Las fimbrias son cortas y numerosas. Los pilis, más largos y escasos.

1.5. BIPARTICIÓN DE LAS BACTERIAS

La bipartición es una forma de reproducción asexual de individuos unicelulares procariotas. De un individuo se generan dos (normalmente) exactamente iguales genéticamente.

Aunque no se de reproducción sexual en estos individuos, se producen fenómenos parasexuales, en los que se transfiere material genético de una bacteria donadora a una receptora, tras lo cual el fragmento transferido puede sufrir recombinación genética con el ADN de la célula receptora. La transferencia génica puede ser de tres tipos:

Conjugación: se da la transferencia de plásmidos (pequeñas moléculas de ADN circular extracromosómico que replica independientemente del cromosoma principal) mediante el contacto entre ambas.

Transformación: la transferencia de material genético se da sin contacto entre las bacterias donadora y receptora.

Transducción: se transfieren fragmentos génicos desde la bacteria donadora a la receptora a través de virus.

1.6. CLASIFICACIÓN METABÓLICA DE LAS BACTERIAS

Existen dos grupos de bacterias:

Ø ARQUEOBACTERIAS: Es el dominio filogenéticamente más viejo y de más lenta evolución. Están relacionadas filogenéticamente con eucariotas. Tienen en común su adaptación a ambientes extremos (son extremófilas), semejantes a las condiciones geoquímicas existentes en la Tierra cuando apareció la vida. Ejemplos:

o Arqueobacterias halófilas, que viven en aguas hipersalinas como las del Mar Muerto.

o Arqueobacterias hipertermófilas, que viven en ambientes con temperaturas extremas y, a menudo, altamente ácidos.

o Arqueobacterias metanógenas (producen metano (CH₄) a partir de diferentes sustratos), que son anaerobias estrictas.

Ø EUBACTERIAS: Estas bacterias se caracterizan por la presencia de peptidoglucanos/mureína en su pared celular. Dentro de este dominio se diferencian, a su vez, dos grupos en función de su pared celular:

o Bacterias Grampositivas: Presentan una gruesa pared de peptidoglicano y un metabolismo quimioorganotrofo (unas por respiración y otras por fermentación). Incluyen bacterias lácticas, el género Bacillus y el género Clostridium (que producen endosporas, formas resistentes que soportan condiciones ambientales adversas y pueden permanecer en estado latente durante años) y los Actinomicetos.

o Bacterias Gramnegativas: Presentan una fina capa de peptidoglicano. Incluye bacterias de metabolismo fotosintético (cianobacterias y bacterias purpúreas), quimiolitotrofas, quimiorganotrofas.

1.7. CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES Y DE NUTRICIÓN DE ALGAS, HONGOS Y PROTOZOOS

ALGAS:

Son organismos eucariotas autótrofos con clorofila, realizan fotosíntesis oxigénica y son acuáticos (aunque también podemos encontrarlas en suelos, rocas, troncos de árboles o superficies húmedas). Son unicelulares, como las microscópicas; coloniales; o pluricelulares, como las macroscópicas.

La mayoría tienen paredes celulares de celulosa o quitina, otras carecen de ella.

Se reproducen asexualmente por bipartición o mediante esporas.

Existe una gran variedad de algas:

HONGOS:

Son organismos eucariotas unicelulares o filamentosos que se alimentan por absorción de los nutrientes disueltos en el medio (producen enzimas extracelulares que permiten la hidrólisis de polímeros complejos para obtener sustancias más sencillas, que absorben a través de sus membranas); nutrición heterótrofa y digestión externa.

Poseen paredes celulares rígidas compuestas, en general, por quitina, por celulosa o por ambas.

Presentan una estructura denominada micelio vegetativo (a excepción de los hongos unicelulares: levaduras), que está constituido por un sistema de hifas o filamentos simples o ramificados, cuya función es absorber nutrientes. Algunas hifas constituyen el micelio reproductor, que suele erguirse sobre la superficie y donde se originan las esporas.

[Celdas de un hongo]

PROTOZOOS:

Son organismos eucariotas, unicelulares, heterótrofos, incoloros, sin pared celular y generalmente móviles (por cilios, flagelos, pseudópodos, movimientos de torsión…).

Se incluyen tanto grupos de organismos fotosintéticos con cloroplastos como otros que utilizan la materia orgánica como fuente de carbono y energía (heterótrofos y organotrofos). Se alimentan por pinocitosis y fagocitosis.

Se diferencian 4 grupos:

Flagelados
Amebas
Ciliados
Esporozoarios

1.8. RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA; INOCUAS, BENEFICIOSAS Y PERJUDICIALES

Ciertos tipos de bacterias son patógenas, perjudiciales para la salud de las personas (como por ejemplo: el Clostridium botulinum, Vibrio cholerae, Plasmodium sp., Neisseria meningitidis,…). Otras en cambio son beneficiosas: tanto para la salud (como las bacterias anaerobias, que viven en nuestro tacto intestinal o la Escherichia Coli, que contribuye a la digestión de los ácidos biliares y aporta vitaminas al organismo) como para la medicina y la farmacia (en el caso de los antibióticos, por ejemplo: la penicilina), para el medio ambiente (ya que biodegradan productos de desecho, productos industriales…) o en la industria alimentaria (como los utilizados para la fabricación de productos lácteos).

1.9. CONCEPTO DE BIOTECNOLOGÍA

Se denomina biotecnología al conjunto de técnicas y procesos industriales que utilizan organismos vivos o compuestos obtenidos de organismos vivos para obtener productos comerciales útiles para el ser humano.

Se utilizan técnicas de fermentación en la fabricación de alimentos como el vino, la cerveza o productos farmacéuticos. Se basan en la potenciación de las reacciones metabólicas que los microorganismos llevan a cabo para conseguir un rendimiento mayor.

Algunos ejemplos:

En industrias alimentarias como:

- En la fabricación de pan, donde intervienen microorganismos como levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae, hongos que realizan la fermentación alcohólica.

- En la fabricación del vino y la cerveza, donde interviene la misma levadura anterior.

- En la producción del vinagre, que se produce transformando el etanol en ácido acético mediante un proceso de oxidación que realizan las bacterias Acetobacter y Gluconobacter.

- En la fabricación del queso y las leches fermentadas, donde intervienen bacterias lácticas, que fermentan glúcidos sencillos para producir ácido láctico.

En industrias químicas, para producir productos químicos de uso industrial (como disolventes, conservantes, aromas, colorantes…).

En industrias farmacéuticas:

- Para la obtención de vacunas.

- Producción de antibióticos, como la penicilina.

- En la búsqueda de nuevos fármacos.

En la producción microbiana de enzimas. Éstas se emplean en la industria alimentaria, farmacéutica, química y textil, y son fabricadas por hongos y por bacterias.