LOS MICROORGANISMOS

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Los microorganismos están formados por un grupo muy amplio y heterogéneo de organismos que tienen en común su tamaño microscópico.

La microbiología estudia tanto las formas celulares como otros agentes infecciosos acelulares, como los virus, viroides y priones.

Los microorganismos fueron observados por primera vez por Antony van Leeuwenhoek

El desarrollo de la microbiología estuvo asociado al desarrollo de los microscopios y de las técnicas de manipulación de los microorganismos.

Los microorganismos presentan las siguientes características:

    1. Su pequeño tamaño proporciona una alta relación superficie / volumen, lo que facilita el intercambio de sustancias con el exterior
    2. Sus reacciones metabólicas transcurren a gran velocidad ya que su pequeño tamaño hace que los metabolitos siempre estén cerca unos de otros.
    3. Su alto metabolismo origina muchas sustancias de desecho que se vierten al exterior, por lo que se altera el medio extracelular
    4. Se multiplican a gran velocidad.
Microorganismos
Organización acelular Virus
Organización celular Organización procariota Bacterias: Eubacterias y Arqueobacterias
Organización eucariota Protoctistas Algas
Protozoos
Hongos

La microbiología engloba a microorganismos con organización celular de los tres dominios: Bacteria, Archaea y Eukaria.

La evolución celular se ha establecido fundamentalmente a partir del estudio del ARN ribosómico. Se conoce como progenote o antepasado universal al organismo ancestral común. A partir de él la evolución dio lugar a dos líneas diferentes, la del dominio Bacteria y la común para los dominios Archaea y Eukarya, que posteriormente se separaron.

Los microorganismos del dominio Eukarya fueron los antecesores de los organismos pluricelulares.

 

______________ENFERMEDADES Y BIOTECNOLOGÍA______________

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Los microorganismos son imprescindibles en todos los ecosistemas ya que son los encargados de cerrar los ciclos biogeoquímicos al descomponer la materia orgánica.

La gran mayoría de los microorganismos son inocuos para los humanos. Del resto, unas especies son perjudiciales y otras beneficiosas.

Entre los beneficiosos se encuentran los que forman la flora bacteriana.

MICROORGANISMOS PATÓGENOS

Pueden causar enfermedades tanto a animales como a vegetales.

Los animales están bien protegidos frente a las infecciones (piel, escamas, secreciones, etc.). La mayoría de las penetraciones se hacen a través de heridas o de los conductos naturales (digestivos, respiratorios o genitourinarios). Algunos son oportunistas, es decir son inocuos en condiciones normales y patógenos cuando disminuyen las defensas de un animal.

Según el nivel de afectación de las enfermedades infecciosas se diferencian:

  • Epidemia: Muchos casos de enfermos al mismo tiempo en un área geográfica pequeña.
  • Pandemia: enfermedad infecciosa ampliamente distribuida en la Tierra.
  • Endemia: enfermedad infecciosa que afecta de manera constante a una determinada comunidad.

Zoonosis: enfermedades infecciosas que primero se producen en determinados animales (cerdos, perros) y que se transmiten secundariamente a la especie humana.

  • Reservorios: lugares donde los microorganismos patógenos pueden sobrevivir fuera de los huéspedes y desde donde pueden iniciar una infección.
  • Vectores: seres vivos imprescindibles para la transmisión del microorganismo patógeno.
  • Portadores: personas que aún no teniendo síntomas de una enfermedad infecciosa llevan en su interior el microbio patógeno y son, por tanto, potenciales transmisores de la enfermedad. En ellos el microbio puede estar en fase de incubación o que la hayan superado y que el microbio siga estando en forma latente en ellos.

Cuarentena: limitación de movimientos de movimientos de personas y animales infectados al tiempo más largo de posible contagio de la enfermedad. Actualmente se obliga en las siguientes enfermedades: fiebre amarilla, peste, cólera, fiebre tifoidea y fiebre recurrente.
Virulencia: grado en el que un microorganismo patógeno es capaz de producir una enfermedad.
Factor de virulencia: mecanismo por el que un microorganismo es patógeno.
Toxinas: sustancias producidas por microorganismos, principalmente bacterias, que tienen efecto tóxico o venenoso en los tejidos del huésped.

  • Endotoxinas: no son liberadas ya que forman parte del microorganismo. Son moléculas estructurales de la pared celular de bacterias Gram –. Actúan aunque la bacteria haya sido destruida.
  • Exotoxinas: son liberadas al medio. Suelen ser proteínas con una gran especificidad y se clasifican en dos grupos:
    • neurotoxinas: afectan al sistema nervioso
    • enterotoxinas: afectan al aparato digestivo

    Algunas son capaces de producir efectos tóxicos en ausencia del microorganismo, al ingerir alimentos contaminados por esas toxinas (botulismo). Los anticuerpos que fabrica el cuerpo contra las toxinas se denominan antitoxinas.

Algunos microorganismos deben su virulencia a la producción de enzimas extracelulares. Estas enzimas facilitan la infección ya que pueden disminuir la cohesión entre las células, hidrolizar los lípidos de la membrana de las células infectadas, etc.

ENFERMEDADES INFECCIOSAS

Se clasifican tanto por el microorganismo que ocasiona la infección como por el medio en el que son transmitidas.

1.- Por microorganismos

Microorganismo causante de la enfermedad
Virus Bacterias Protozoos Hongos
Fiebre amarilla Botulismo Enfermedad del sueño Pie de atleta
Gripe Cólera Malaria Tiña
Paperas Difteria
Poliomielitis Faringitis
Rabia Gangrena
Sarampión Lepra
SIDA Meningitis
Varicela Peste
Viruela Neumonía
Hepatitis Tétanos
  Tifus
  Tuberculosis

2.- Por vía de contagio:

    • Por contacto directo a través de las heridas de la piel.

Muy pocos microorganismos pueden atravesar la piel intacta. Aprovechan las roturas. Pueden proceder del objeto que provoca la herida, estar ya sobre la piel, del suelo, heces, etc. Es importante tratar inmediatamente las heridas. Ejm.: rabia, tétanos, gangrena gaseosa,...

  • Por vía sexual

Son las enfermedades de transmisión sexual (ETS) o enfermedades venéreas. Están muy extendidas. Estos microorganismos se transmiten, además de las relaciones sexuales, por transfusiones, jeringuillas o en el nacimiento durante el parto. La mayoría son fácilmente curables con antibióticos, aunque algunas son imposibles de curar por el momento (SIDA). Es importante la prevención. Las principales son: gonorrea, sífilis, herpes genital, hepatitis B y SIDA.

  • A través del aire

Dentro de microgotas de humedad o sobre partículas de polvo, procedentes de personas enfermas o del medio ambiente contaminado. Infectan generalmente las vías respiratorias. Son las más frecuentes. Ejm.: gripe, sarampión, paperas, varicela, tuberculosis, neumonía, difteria,...

  • Por el agua y los alimentos.

Pueden originarse por almacenamiento inadecuado, condiciones sanitarias deficientes en la manipulación o cocinado incompleto, agua con restos fecales. Afectan sobre todo al aparato digestivo, aunque también a músculos, sistema nervioso, etc. Ejm.: botulismo, salmonelosis, cólera, poliomelitis, hepatitis A,...

  • Por animales

Transmitidas por vectores (garrapatas, ácaros, pulgas, mosquitos, moscas, etc.). Pueden ser vectores mecánicos (sólo transportan) o vectores biológicos (en ellos se desarrolla parte del ciclo vital del microorganismo). Ratas y otros animales pueden ser reservorios. Ejm.: peste, malaria, fiebre amarilla.

 

LA BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL

La biotecnología es una ciencia en la que se utilizan organismos, sistemas y procesos biológicos en las industrias de productos y servicios. Tiene como fin el controlar los procesos reproductivos en animales y plantas y los procesos naturales que proporcionan alimentos y sustancias de interés para la especie humana.

Entre las principales aplicaciones se encuentran las siguientes:

1.- Producción de alimentos y bebidas

Fabricación del pan

Se utilizan levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae que realizan una fermentación alcohólica. Como productos se obtienen etanol (que se evapora en la cocción) y CO2, responsable del aumento de volumen y de la esponjosidad.

Al mezclar harina, agua y levaduras, las amilasas presentes en las levaduras se activan ante la presencia del agua e hidrolizan el almidón formando glucosas, que rápidamente fermentan. La cocción elimina a las bacterias y deshidrata la masa.

Fabricación de vino y cerveza

Intervienen levaduras de la especie Saccharomices cerevisiae (anaerobias facultativas) que realiza una fermentación similar a la del pan.

En el proceso de fabricación del vino se utilizan los azúcares presentes en el zumo de la uva (mosto). El CO2 resultante se elimina (excepto en los vinos espumosos).

En la fabricación de la cerveza se utilizan semillas de cebada que se humedecen y se dejan germinar. Luego se secan, obtieniéndose la malta. La germinación origina amilasas que, tras el molido de la malta, se liberan transformándose el almidón en glucosa. Mediante la incorporación de las flores de lúpulo se impide el crecimiento bacteriano y se obtiene el sabor amargo. Un posterior calentamiento de la mezcla desnaturaliza las amilasas. Luego se añaden las levaduras que producirán la fermentación alcohólica. Finalmente se filtra y se pasteuriza el líquido resultante.

Fabricación de vinagre

Se utilizan bacterias de los géneros Acetobacter y Gluconobacter que se encargan de la transformación del etanol (de cualquier bebida alcohólica) en ácido acético mediante una oxidación.

Elaboración de productos lácteos

Se utilizan bacterias lácticas, sobre todo de los géneros Lactobacillus y Lactococcus. Se encuentran de manera naturan en la leche sin esterilizar.

El yogur se produce mediante la fermentación láctica de la leche en condiciones controladas de pH y temperatura.

En la elaboración del queso, la fermentación láctica produce ácido láctico que, junto con una enzima que se añade a la leche llamada renina o cuajo (procedente del estómago de los rumiantes), precipita las proteínas lácticas formando un producto llamado cuajada. El resto forma el suero lácteo. Posteriormente se separa el suero de la cuajada mediante filtración. La cuajada entra en la fase de maduración donde, por acción de diferentes bacterias o levaduras, adquieren el sabor y olor propios de cada variedad de quesos.

2.- Producción de fármacos

Agentes antiinfecciosos (antibióticos, vacunas,…), enzimas, vitaminas, esteroides, hormonas (insulina, somatotropina,…), interferón,…

3.- Elaboración de productos químicos industriales

  • Enzimas: proteasas (degradan las proteínas), glucosa isomerasa (transforma la glucosa en fructosa (edulcorante))
  • Compuestos orgánicos alifáticos: etanol, glicerol
  • Aminoácidos como la lisina o la metionina  (aa esenciales) que se añaden a los piensos animales

4.- Aplicaciones mineras

Algunos microorganismos extraen y concentran metales valiosos de forma barata. Así existen especies que se nutren de sulfuro de hierro y lo transforman en ácido sulfúrico y sulfato de hierro, de forma que ataca a las rocas que le rodean y disuelve muchos minerales metálicos en un proceso denominado biolixiviación. Así, sulfuros insolubles se pueden convertir en sulfatos solubles.

5.- Aplicaciones medioambientales

Los microorganismos ayudan a combatir algunos problemas medioambientales degradando contaminantes: mareas negras, alpechines, depuración de aguas residuales, productos sólidos urbanos, purines, aceites minerales, etc.

 

INGENIERÍA GENÉTICA

La transformación bacteriana es un fenómeno que consiste en que un fragmento de ADN de una bacteria muerta y rota penetra en otra bacteria, incorporándose al ADN de la segunda bacteria.
Este fenómeno no es exclusivo de las bacterias. Se da también en células eucariotas.
Primer caso estudiado fue el de una bacteria que infectaba la raíz de la zanahoria e inoculaba en sus células un gen que inducía a dichas células a producir un nutriente que la bacteria necesitaban para desarrollarse.
Estos genes susceptibles de trasladarse de unas células a otras reciben el nombre de transposones.
El descubrimiento de estos fenómenos llevó a pensar en la posibilidad de introducir artificialmente nuevos genes en las bacterias. Así, suministrando a un cultivo de estos microorganismos fragmentos de ADN que contengan genes de interés para los humanos, las bacterias comenzarían a expresarlos como si fueran genes propios. Esta técnica se conoce como ingeniería genética.

Las bacterias fueron elegidas como material de estudio por sus claras ventajas:

  • Solamente poseen un cromosoma. Los genes siempre se expresan al no quedar nunca enmascarados por un alelo.
  • Se reproducen rápidamente.
  • Se reproducen asexualmente por bipartición, sin recombinación genética.
  • Se almacenan, trasladan y alimentan con mayor comodidad que cualquier otro organismo

Se suele incluir el ADN recombinante en un plásmido porque no interfiere con el ADN bacteriano, se duplica al mismo tiempo que el cromosoma y los plásmidos hijos se reparten entre las bacterias hijas. Así se consigue:

  • Obtención de vacunas más eficaces
  • Obtención de anticuerpos
  • Obtención de hormonas
  • Producción masiva de antibióticos
  • Obtención de cepas de bacterias que degraden los residuos industriales.