ECOLOGÍA MICROBIANA

Y OGM´S

CURSO DE MICROBIOLOGÍA UNIVERSIDAD DE LAS AMÉRICAS UDLA

ESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

OBJETIVOS

• Conocer la distribución de los microorganismos en la biosfera y su rol en el flujo de materia y energía.

• Identificar los principales grupos microbianos presentes en las distintas geosferas planetarias.

• Resaltar las aplicaciones prácticas de los microorganismos, su rol positivo y negativo en la economía de la sociedad.

• Valorar los riesgos y las oportunidades que presentan los OGMs para la economía y para la estabilidad de los ecosistemas.

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CONTENIDO

1.¿QUÉ ESTUDIA LA ECOLOGÍA MICROBIANA?

2.¿CUÁL ES LA IMPORTANCIA?

3.LOS MICROORGANISMOS Y EL CICLAJE DE NUTRIENTES

4.MICROORGANISMOS DEL SUELO, AGUA Y AIRE.

5.¿QUÉ SON OGMS?

6.¿CUÁLES SON LOS CAMPOS DE SU APLICIÓN?

7.¿CUÁLES SON LOS RIESGOS AMBIENTALES?

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Ecología Microbiana

• Es la rama de la Ecología que estudia a los microorganismos en

su ambiente natural, quienes mantienen el flujo permanente de

materia y energía entre los organismos vivos y el ambiente

(metabolismo).

• Estudia el mantenimiento de los ciclos que constituyen la base de

la vida en cada una de las geosferas y ecosistemas terrestres, que

en conjunto garantizan la homeostasis de la Biosfera.

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Importancia de la Ecología Microbiana

• La importancia radica en el hecho, que permite conocer la diversidad de

microorganismos involucrados en los distintos procesos bioquímicos que

ocurren en los ecosistemas, las condiciones bajo las cuales estas se

producen y sus efectos a nivel local (Ecosistema) y global (biosfera).

• Aspecto que en la actualidad reviste gran importancia en vista al proceso

acelerado de deterioro de los ecosistemas, el conocimiento profundo de

la ecología permitirá desarrollar técnicas, políticas y programas de

conservación adecuadas a nivel local y regional.

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Ciclos de nutrientes

• Un ciclo de nutrientes (o reciclaje

ecológico) es el movimiento e intercambio

de materia orgánica e inorgánica para

regresar a la producción de materia viva.

El proceso es regulado por los caminos de

la red trófica que descomponen la materia

en nutrientes minerales.

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Microorganismos edáficos

• En el suelo se pueden encontrar una enorme cantidad deorganismos diferentes, de tamaño y funciones muy variable.

• A escala microscópica se encuentran bacterias, algas, protozoos yhongos.

• Muchos de ellos realizan su ciclo biológico completo en el suelo,mientras que otros sólo son habitantes ocasionales, o en determinadafases.

• Se calcula que el valor de los servicios ecosistémicos proporcionados porlos seres vivos del suelo es de 17,1 billones de dólares por laformación de suelo y 2,3 billones por el reciclaje de nutrientes.

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El papel bioquímico de los microorganismos

• La transformación de materia orgánica, Degradan moléculas complejas de materia orgánica, formando humus. El humus se asocia con las arcillas para formar el complejo arcillo-húmico, que favorece la aireación, el almacenamiento de agua y la fertilidad.

• La Solubilización de los minerales, para volverlos asimilables para las plantas.

• Fijación de nitrógeno, tanto por microrganismos libres como simbiontes, que son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico.

• La mayor concentración de microorganismos se encuentra en la zona cercana a las raíces en lo que se conoce como en nombre de rizosfera.

• Descontaminación edáfica.

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Microorganismos edáficos

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Microorganismos acuáticos

Virus

Bacterias

Algas

Protozoos

Hongos microscópicos

Habitan en:

Aguas naturales

Aguas dulces

Estuarios

Aguas saladas

Aguas termales

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PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL AGUA

• Reciclaje de nutrientes por microorganismos.

1.Son la base de las cadenas tróficas acuáticas

2.Reciclan la materia haciéndola disponible para otros organismos

3.Mineralización

4.Producción de proteína microbiana

5.Mayor productividad por metro cuadrado en el agua que en el suelo.

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PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL AGUA

Bacterias que causan cambios organolépticos en el agua.

1.Bacterias que obstruyen conducciones de agua Principalmente:

• Ferrobacterias y

• Sulfobacterias

• Bacterias que producen olor y sabor en el agua

4FeCO3 + O2 + 6H2O 4FeOH + 4CO2 + 40 cal

Las bacterias que producen color en el agua

Bacterias que al oxidar Fe++ y Mn++ producen indirectamente alteraciones de color en el agua13

Origen de la flora microbiana

• La flora del agua atmosférica es proporcionada por el aire y es lavada con la lluvia en las partículas.

• La flora de las aguas superficiales llega al agua periódicamente

• La flora de las aguas subterráneas es afectada por procesos de filtración.

• del aire

• del arrastre superficial de tierra

• de vertimientos domésticos e industriales

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Distribución de los microorganismos en el medio

acuático

• Los microorganismos pueden estar a cualquier profundidad

• Hasta en las fosas oceánicas.

• Las capas superiores y los sedimentos del fondo albergan las

mayores poblaciones de microorganismos, particularmente en

aguas profundas

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Distribución de los microorganismos en el medio

acuático

Microorganismos planctónicos

• Floración: crecimiento excesivo, explosivo

• Dan color aparente al agua: rojo, pardo, verde, ambar, amarillo

• Oscillatoria erytrea Mar Rojo

Microorganismos bentónicos

• Algunos forman biopelículas

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Microorganismos planctónicos y bentónicos

( fotosintéticos y heterótrofos )

Planton: Fotótrofas y hetrótrofas

Epiliton: heterótrofas bentónicas sobre partículas

Bentos:

Fotótrofas y

hetrótrofas

Bentos: hetrótrofas, muchas

anaeróbicas

ZONA LITORAL

ZONA PROFUNDASedimentación

ZONA LIMNÉTICA

Nivel de compensaciónOxidantes del Azufre

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Sistema fluvialAguas bien aireadas,

metabolismo oxidativo. Gran

variedad cualitativa pero no

cuantitativa de especies

Dominio de las algas

verde-azuladas,

flagelados y bacterias

micro aerófilas.

Producción de CH4, FeS.

Etapas terminales: ausencia

de eucariotas excepto

protozoos anaerobios (Bodo

spp.), y ocasionalmente

metazoos como Tubifex spp.

Muy pocas especies.

Potencial de oxido reducción

Predominio de bacilos gram-

negativos anaerobios facultativos.

Reducción de N03-. Reducción de

Mn y de Fe(lll) puede liberar P

soluble. Poblaciones de

diatomeas y clorofíceas. Cesa la nitrificación, producción de H2 y productos de la

fermentación. Reducción de S042- Afloramiento de bacterias

fototróficas que crecen con H2S.Producción de FeS a partir de

Fe (lll) reducido.

Predominio completo de anaerobios y desaparición de

microaerófilos y la mayoría de anaerobios facultativos 18

Enfermedades producidas por

microorganismos acuáticos

• Bacterias:

• Coliformes

• Estreptococos fecales

• Especies de Bacillus, Proteus, Clostridium, Thiothrix, Thiobacillus,etc

• Patógenos causantes de

infecciones del tracto intestinal

En áreas de polución doméstica predominan

Organismos patógenos transportados por el agua

Bacterias Virus Protozoos

Escherichia Enterovirus EntamoebaSalmonella Hepatitis A AcanthamoebaShigella Adenovirus GiardiaVibrio Coxsackie A y B SchistosomaLeptospira ReovirusMycobacterium Parvovirus

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Propagación de virus humanos en el agua

Excretas humanas

HOMBRE

Impregnación de suelos Abono con lodos de depuradorasAguas residuales

Mares Ríos y lagos Agua de riegoAgua subterránea

Mariscos Recreación Agua potable Verduras Aerosoles

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Microorganismos del aire

Los microorganismos pueden ser transportados

rápidamente, en forma de bioaerosoles, El transporte se

realiza sobre partículas de polvo, fragmentos de hojas se-

cas, piel, fibras de la ropa, en gotas de agua o en gotas

de saliva eliminadas al toser, estornudar o hablar.

Los microorganismos por su metabolismo o trasformando

la materia orgánica, son la fuente principal de los gases

producidos biológicamente en la atmósfera: amoníaco,

óxido nítrico, óxido nitroso, sulfhídrico, anhídrido

carbónico.

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Microorganismos del aire

• Muchos microorganismos que viven en la hidrosfera y litosfera puedenencontrarse en el aire. Son microbios alóctonos, procedentes del suelo,agua y seres vivos que pueblan estos ambientes. Los movimientos del aire y delos seres vivos son los que sitúan a los microorganismos en la atmósfera.

• A menudo, tanto las esporas como los microorganismos vegetativos entran en laatmósfera como bioaerosoles, que pueden formarse por muchas causas: El aire:hábitat y medio de transmisión de microorganismos lluvia, movimiento del aguaen los ríos y mar, tratamiento de aguas residuales, aspersores de riego, aireacondicionado o secreciones respiratorias del hombre y de los animales.

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Microorganismos del aire• El aire contiene en suspensión diferentes tipos de microorganismos, especialmente

bacterias y hongos. La presencia de uno u otro tipo depende del origen, de la dirección eintensidad de las corrientes de aire y de la supervivencia del microorganismo.

• En el aire se aíslan frecuentemente bacterias esporuladas de los géneros Bacillus,Clostridium y Actinomicetos.

• Entre las bacterias frecuentes están: bacilos Gram positivos (Corynebacterium) y loscocos Gram positivos (Micrococcus y Staphylococcus). Los bacilos Gram negativos(Flavobacterium, Alcaligenes) su población disminuye con la altura (Gregory,1973;Pelczar et al., 1993).

• Cladosporium es el hongo que predomina en el aire, tanto sobre la tierra como sobre elmar, aunque también es frecuente encontrar otros mohos, como Aspergillus, Penicillium,Alternaria y Mucor (Takahashi, 1997) y la levadura Rhodotorula (Underwood, 1992).

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¿Qué son los OGMs?

• Un organismo genéticamente modificado u organismo modificado

genéticamente OGMs, es un organismo cuyo material genético ha

sido alterado usando técnicas de ingeniería genética. Los OGM

incluyen microorganismos como bacterias o levaduras, plantas,

insectos, peces y otros animales. Estos organismos son la fuente

de los alimentos genéticamente modificados, y son ampliamente

utilizados en investigaciones científicas para producir otros bienes

distintos a los alimentos.

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Campos de aplicación

• En investigación: para el estudio de la expresión de genes y la creaciónde genotecas.

• En medicina: para la obtención de fármacos o proteínas cuya síntesis esdifícil conseguir "in vitro". También, para la obtención de tejidos uórganos, o la reparación de anomalías genéticas en humanos.

• En agricultura y ganadería: para la mejora (no de forma tradicional) deplantas y animales.

• En la industria alimentaria: para la mejora de procesos biotecnológicosde elaboración de alimentos (pan, vino, cerveza, yogur, etc.) y para lacreación de alimentos nuevos.

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Campos de aplicación

• En la biorremediación de contaminantes xenobióticos, se ha

diseñado microorganismos y plantas para degradar PCBs, metales

pesados y compuestos organoclorados.

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Riesgos de los OGMs

Alergias e hipersensitividades a OGMs, es un tema importante

cuando se analiza la seguridad de los OGMs. Normalmente, las

proteínas dietéticas que se consumen en una comida son digeridas y

degradadas hasta pequeños péptidos que no inducen una respuesta

inmune [2]. Sin embargo, en ciertas personas con hipersensibilidades,

algunos de estos pequeños péptidos pueden reaccionar como

antígenos provocando una respuesta inmune alergénica [1].

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Riesgos de los OGMs

• Desarrollo de resistencia a antibióticos. Diversos marcadoresgenéticos son usualmente utilizados incluyendo genes resistentesa herbicidas y genes resistentes a antibióticos. Genes resistentes aantibióticos han sido utilizados en el desarrollo de la mayoría deOGMs en calidad de marcadores de identificación. Esto conlleva ala posibilidad de transferencia genética de este gen del OGM a laflora bacteriana habitual de nuestro tracto gastrointestinal, si estoocurriera, la eficacia de antibióticos en nuestro organismo se veríaseveramente afectada [2].

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Riesgos de los OGMs

Toxicidad. OGMs requieren modificaciones en el ADN del

organismo receptor a través del uso de ADN recombinante

(rADN). Este proceso crea modificaciones que típicamente no

ocurrirían en la naturaleza al transferir un determinado gen de

una especie a otra especie completamente diferente [3].

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Riesgos de los OGMs

• En primer lugar, estas modificaciones no naturales alteran laexpresión normal de genes del organismo receptor cambiando sufisiología, fenotipo y genotipo [4].

• En segundo lugar, estas modificaciones no-naturales puedenactivar la producción de toxinas y/o genes que pueden activarse odesactivarse permanentemente. Esto es un problema deconsideración cuando genes que promueven cáncer, alergias, y/ootras enfermedades genéticamente inactivas son activados en unapersona [5].

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Riesgos de los OGMs

• En tercer lugar, estas modificaciones pueden causar efectos en

diferentes células dependiendo como es que el material genético

se distribuya en el cuerpo humano; así, en personas expuestas a

plantas de tabaco modificadas, levaduras modificas, hormona

bovinas de crecimiento recombinada, y soya modificada, se ha

observado la producción de toxinas[6].

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RIESGOS AMBIENTALES

• 1. Contaminación de variedades tradicionales:

• El polen de las especies transgénicas puede fecundar a cultivos convencionales,obteniéndose híbridos. Este fenómeno ya ocurre con las variedades no transgénicashoy en día. Además, la transferencia horizontal a bacterias de la rizosfera es posible.

• 2. Muerte de otros insectos o agentes polinizadores:

Aunque el empleo de recombinantes para toxinas de Bacillus thuringiensis es, pordefinición, un método específico, a diferencia de los plaguicidas convencionales, existeuna demanda comercial que provoca el desarrollo de cepas que actúan contralepidópteros, coleópteros y dípteros conjuntamente. Podría ser que este hecho afectaraa la fauna accesoria del cultivo, insectos que se alimentan de estas plantas y de otrosagentes polinizadores.

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Conclusiones

• Aprendimos que los microorganismos se distribuyen por todas las geosferas y en ellasparticipan en los ciclos de nutrientes y ciclos de materia y energía que mantienen elmetabolismo biológico y la homeostasis de los ecosistemas.

• Conocimos de la existencia de organismos degradadores de materia orgánica muerta,hidrolizadores de minerales, fijadores de nitrógeno, fijadores de CO2 para la producciónde materia orgánica y degradadores de xenobióticos ambientales.

• A más de conocer su rol en la naturaleza, hemos entendido la dependencia de la humanidad de los microorganismos ,no solo para su propio funcionamiento, sino para, muchos procesos biotecnológicos.

• Supimos de las potencialidades de los OGMs y de sus riesgos, especialmente para elambiente.

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CUESTIONARIO

• Diferencia entre Homeostasis y Metabolismo

• ¿En qué se diferencia un ciclo de nutrientes de un ciclo biogeoquímico?

• ¿Cuáles son las funciones de los microorganismos edáficos?

• Rol de los microorganismos acuáticos.

• ¿Cuál es la distribución de los microorganismos acuáticos y edáficos?, establezcalas diferencias.

• Microorganismos del aire, ¿cuáles son sus funciones y procedencia?

• ¿Qué son los OGMs y cómo se los obtiene?

• ¿Dónde se aplican los OGMs?

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CUESTIONARIO

• ¿Cuáles son los riesgos para la salud de los OGMs?

• ¿Cuáles son los riesgos ambientales de los OGMs?

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BIBLIOGRAFÍA

• [1] Prescott VE, Hogan SP. Genetically modified plants and foodhypersensitivity diseases: usage and implications of experimental modelsfor risk assessment. Pharmacol Ther 2006; 111 (2):374-83.

• [2] Joint FAO/WHO Expert Consultation on Biotechnology and FoodSafety. 1996.

• [3] “20 Questions on Genetically Modified (GM) Foods.” World HealthOrganization. 28 September 2007.http://www.who.int/entity/foodsafety/publications/biotech/en/20questions_en.pdf

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BIBLIOGRAFÍA

[4] “Genetically Modified Foods (GMF) Fact Sheet 6º.” 2003. World HealthOrganization. 1 October 2007. http://www.afro.who.int/des/fos/foods-gmo.pdf.[5] “GMO.” 2004. Vegan Peace. 27 September 2007http://veganpeace.net/organic/gmo.htm

[6] Schubert, David. “The Risks of GM Food.” July 2002. 28 September 2007http://www.saynotogmos.org/scientists_speak.htm#risks_of_gm_food

• Ian L. Pepper, Charles P. Gerba, Terry J. Gentry. (2015). EnvironmentalMicrobiology Third edition. Elsevier Inc.

• Ralph Mitchell and Ji-Dong Gu. (2010). Environmental Microbiology Secondedition. Wiley-Blackwell.

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