1. Microbiologia Industrial

Microbiología Industrial

DEFINICION

Microbiología• Es el estudio de los microorganismos. Estudia organismos que sólo son visibles a través del microscopio: organismos procariotas y eucariotas simples. Microbiología industrial:Es el ámbito de la microbiología orientado a la producción de elementos de interés industrial mediante procesos en los cuales intervenga, en algún paso, un microorganismos. •Los m.o generalmente son vistos como agentes infecciosos. •Sin embargo, la mayor parte de los m.o no causan daño alguno y es más son benéficos.

ROL DE LOS MICROORGANISMOS

Perjudiciales •› patógenos•› deterioran los alimentos

Útiles (microbiología industrial)•› bacterias•› hongos•› Levaduras•› algas microscópicos

ETAPAS EN EL DESARROLLO DE LA MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: (Esquema de

Collard)

a.- Microbiología antigua• Producción de:• Cerveza (sumerios y babilonios desde 6,000 AC)• Vinagre (antes del 1,700AC)• Vino se produce desde 2,000AC en Egipto y China• Pan se produce desde el año 4,000AC.• Periodo especulativo. (Generación espontánea) La

autoridad intelectual de Aristóteles, y la autoridad moral representada por la Biblia, por otro, dieron la idea de que algunos seres vivos podían originarse a partir de materia inanimada, o bien a partir del aire o de materiales en putrefacción.

b.- Descubrimiento del microscopio. 1675.

• Antonie van Leeuwenhoek. Fabricó unos microscopios simples, con los que obtuvo aumentos de casi 300 diámetros.

• En 1675 descubrió que en una gota de agua de estanque pululaba una asombrosa variedad de pequeñas criaturas a las que denominó “animálculos”.

• En 1683 descubre las bacterias. Tambien descubrió protozoos (como Giardia, que encontró en sus propias heces), la estructura estriada del músculo, la circulación capilar, los espermatozoides y los glóbulos rojos (se le considera el fundador de la Histología animal).

• Formacion de una ciencia: fines del siglo XIX (Pasteur y Koock)

d.- Microbiologia multidisciplinaria

• Desarrollo de operaciones más complejas para la separación y purificación de productos.

• Produccion industrial de penicilina• Avery, MacLeod y McCarty - Material genético es DNA.• Los microorganismos se estudian en su complejidad

genetica, fisiologica, bioquimica, ecologica, etc

e.- Microbiología moderna•La microbiología recibe impulso de la Ingeniería genética.Se produce: Insulina, Hormona humana de crecimiento, etc.•La microscopía electrónica permitió dilucidar la ultraestructura de los hongos, las bacterias, los protozoos y los virus.•Se avanzó en la comprensión de los procesos celulares y moleculares que les permiten a los m.o. causar enfermedad. •Actualmente, se ha dividido en distintas ramas.•La microbiología médica estudia los microorganismos patógenos y la posible cura para las enfermedades que producen. •la microbiología ecológica estudia el nicho que le corresponde a los microorganismos en el medio, •la microbiología agrícola las relaciones existentes entre plantas y microorganismos, •Microbiologia industrial.

BIOTECNOLOGÌA

Es una actividad multidisciplinaria que comprende la aplicación de los principios científicos y la Ingeniería al procesamiento de materiales por agentes biológicos para proveer de bienes y servicios.

INGENIERÍA GENÉTICA

Es sinónimo de Tecnología de ADN recombinante

Se define como serie de técnicas para obtener microorganismos recombinantes (modificados genéticamente).

Es una herramienta fundamental para obtener microorganismos a ser utilizados en la producción de bienes y servicios.

INTERACCIÓN CON OTRAS RAMAS DE LA CIENCIA

Debido a la complejidad de los procesos se hace

necesario la cooperación de:•Biólogos•Ingenieros (transporte, transferencia de materiales)•Bioquímicos•Fisiólogos•Químicos

UTILIDAD

Los productos que tienen un interés comercial se pueden agrupar en cuatro clases:

a) productos del metabolismo primario( dióxido de carbono, etanol, ácido acético, aminoácidos, etc.).

b) productos del metabolismo secundario (antibióticos, toxinas).

c) macromoléculas (polisacáridos, enzimas

d) células microbianas (Proteína unicelular).

Ejemplos de productos obtenidos por microorganismos

Salud• Bordetella pertusis,

Clostridium tetani y

Corynebacterium

diphteriae (vacuna

triple)• Penicillum chrysogenum

(penicilina)• Streptomyces

sp.(estreptomicina)• E. coli recombinante

(insulina, interferón)


Alimentos • Saccharomyces cerevisiae

(pan)• Streptococcus lactis

(yogurt)•Saccharomyces spp.

(cerveza, vino, sidra)• Acetobacter (vinagre)• Bacillus spp.

(saborizantes)• Streptococcus spp. (quesos) Bacteria Acetobacter sp.


Producción vegetal•Rhizobium spp.

(fertilizante de

leguminosas)• Giberella fijikuroi

(acido giberélico)•Bacillus thuringiensis

(bioinsecticidas)

Bacteria Rhizobium sp.


Producción animal•Candida utilis (proteína

unicelular)


Productos industriales

•Saccharomyces cerevisiae

(etanol)

•Clostridium acetobutilicum

(butanol, acetona)

• Bacillus (enzimas

industriales)

• Aspergillus (amilasa,

proteasas, celulasas,

pectinasas)

• Aspergillus niger (ácido

cítrico y glucónico)

•Xanthomonas campestris

(goma xantano) Hongo Aspergillus sp.


Servicios•Especies aeróbicas y

anaeróbicas (efluentes

purificadas)

Minería•Thiobacillus ferroxidans

y otras especies (cobre,

uranio)

Thiobacillus ferrooxidans en un drenagre de una

mina. Ésta metaboliza FeS2 a Fe+3 y ácido sulfúrico.

PRINCIPALES PRODUCTOS

300,00030,00020001000

Corynebacterium glutamicumBrevibacterium flavumCorynebacterium glutamicumBrevibacterium flavum

AminoacidosAcido glutamicoLisinaFenilalaninaarginina

250,00050,00050,000

Aspergillus nigerAspergillus nigerLactobacillus delbrueckii

Acidos organicosAcido citricoAcido gluconicoAcido lactico

500,00050,000

Levaduras y bacterias lacticasCandida utilis

BiomasaStarters para alimentosProteina unicelular

20 millones2000

Saccharomyces cerevisiaeClostridium acetobutylicum

SolventesEtanolAcetona/butanol

PRODUCCION(Ton/año)

ORGANISMOPRODUCTO

< 0.1Corynebacterium diphteriaeClostridium tetaniBordetella pertussisVirus atenuado crecido en riñon de mono o celulas diploides humanasIdem anteriorAntigenos de superficie expresados en levadura

VacunasDifteriaTetanosPertussisPolio RubéolaHepatitis B

5Claviceps paspaliAlcaloides del ergot

10Propionibacterium shermaniiEremothecium ashbyii

VitaminasB12Riboflavina

6005005005001005050

Bacillus sppBacillus amyloliquefasciensAspergillus nigerBacillus coagulansAspergillus nigerMucor o levaduras recombinantes

EnzimasProteasasAlfa-AmilasasGlucosa-amilasaGlucosa isomerasaPectinasaReninaotras


ORGANISMOPRODUCTO

< 0.1Bacillus thuringiensisInsecticidasEsporas bacterianas

80,00015,00015,00010,0002,0001,000

Penicillum chrysogenumCephalosporium acremoniumStreptomyces aureofaciensStreptomyces erythreusBacillus brevisStreptomyces griseusPenicillum griseofulvum

AntibioticosPenicilinasCefalosporinasTetraciclinasMacrolidos (eritromicina)Polipeptidicos (gramicidina)Aminoglicosidos (estreptomicina)Aromáticos (griseofulvina)

< 0..01 Celulas de hibridomaAnticuerpos monoclonales

< 0.1E. coli recombinanteE. coli recombinante o celulas de mamífero recombinantecelulas de mamífero recombinantecelulas de mamífero recombinanteE. coli recombinante

Proteinas de uso terapéuticoInsulinaHormona de crecimientoEritropoyetinaFactorVIII-CActivador del plasminogenoInterferon alfa2

< 0.1Lithospermum (plantas)Levaduras

PigmentosShikoninasBeta-carotenosAstaxantina


ORGANISMOPRODUCTO

VENTAJAS DE LOS MICROORGANISMOS COMO UNIDADES DE PRODUCCIÓN

- Rápido crecimiento

- Diversidad metabólica

- Crecimiento en gran escala y separación fácil de productos y sustratos.

- Adaptabilidad a distintos ambientes y condiciones de crecimiento (sustratos sólidos, líquidos, frascos, fermentadores)

- Facilidad de manipulación genética

- Tecnologías limpias

Clases de microorganismos

• Por el tipo de célula.– Procariotas.– Eucariotas.

• Por la temperatura de desarrollo.– Psicrófilos.– Mesófilos.– Termófilos.

• Por su relación con el oxigeno.– Aerobios.– Anaerobios.– Facultativos.

Propuesta de Whittaker

• Sistema de clasificación en cinco reinos basado en la organización celular y modelos nutricionales de los organismos.

• Procariotae o Monera (eubacterias y arqueobacterias).• Protista (hongos mucosos, protozoos y algunas algas).• Fungi (levaduras unicelulares, mohos pluricelularesy

hongos carnosos).• Plantae (algunas algas, musgos, helechos, coníferas y

plantas con flores).• Animalia (que incluye, entre otros, esponjas, gusanos,

insectos y vertebrados).

REINO PROTISTA

CÉLULA PROCARIOTA

COMPARACIÓN

CÉLULAS EUCARIOTASCélula Vegetal y Célula Animal

CARACTERÍSTICAS DE LAS CÉLULAS PROCARIÓTICAS Y EUCARIÓTICAS

Órganos en eucariotas

Comparación: eucariota, bacteria, virus

FUENTE DE MICROORGANISMOS

• Flora natural. Aguas residuales, residuos sólidos, compostaje, fermentaciones.

• Microrganismos capturados. Del medio ambiente

• Cepas. pureza

Origen de las cepas industriales

Colecciones que suministran cultivos de microorganismos industriales

Bioseguridad

• Es la aplicación del conocimiento, de las técnicas y de los equipos necesarios para prevenir la exposición del personal, del área de laboratorio y del medio ambiente a agentes potencialmente infecciosos o biopeligrosos

Vías de contaminación1. La boca• Comer, beber y fumar en el laboratorio.• Realizar transferencias con pipetas sin utilizar ningún

tipo de protección.2. La piel• Cortaduras o rasguños.• Transferencia indirecta de microorganismos a través de

los dedos o utensilios contaminados (lápices, bolígrafos, etc.).

3. Los ojos• Salpicaduras de materiales infecciosos.• Transferencia indirecta de microorganismos a través de

los dedos contaminados.4. Los pulmones• Inhalación de microorganismos transportados por el aire

(aerosoles).

NORMAS• Entrar al laboratorio en forma ordenada, dejar las

carteras, libros y otros objetos personales en el lugar que se les indique para tal fin.

• Llevar puesto el mandil de laboratorio en todo momento, que debe permanecer completamente cerrado.

• Limpiar y descontaminar las superficies de trabajo, antes de comenzar y al finalizar la sesión práctica.

• Lavar las manos con agua y jabón:– antes de realizar las actividades programadas– antes de salir del laboratorio– después de usar materiales contaminantes.

Normas • Recoger el cabello largo.• Evitar desplazamientos

innecesarios, movimientos bruscos. Hablar sólo lo indispensable.

• No comer, beber, fumar.• Conocer el manejo de todos los

equipos y reactivos a emplear antes de iniciar las actividades indicadas en la práctica. Si usted tiene alguna duda, diríjase al profesor.

• Usar mascarillas para casos indicados

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