Els microorganismes, el medi ambient i la biotecnologia.

Rafael Bosch

Àrea de Microbiologia, Dept. BiologiaUniversitat de les Illes Balears

Els protagonistes.

BacterisFongs

LlevatsVirus

Perquè es defineixen com a microorganismes?

I els hi arribà la fama ..... PATÒGENS

Streptococcus pyogenes

Klebsiella pneumoniae

Virus EBOLA

Els bons de la pel·licula

Microorganismes en simbiosiMicroorganismes en el medi ambient

Microorganismes en biotecnologia

Perquè són importants els microorganismes en simbiosi?

Captació de requeriments nutricionalsCompetència amb microorganismes

patògens

Perquè són importants els microorganismes en el medi ambient?

Presents en nombres molt elevatsUbiqüitat espacial i temporal

Versatilitat metabòlica

ESENCIALS EN ELS CICLES BIOGEOQUÍMICS

Els nombres i els microorganismes

Aire 103 cel/ml Aigua de mar 106 cel/ml Aigua de aixeta 105 cel/ml Sediment marí 108 cel/gr En simbiosi amb l’home

• Pell de l’espatlla 107 cel/cm2

• Aixelles 108 cel/cm2

• Còlon 1011 cel/mlDiversitat elevada

4000 espècies distintes per gram de sediment marí.

Ubiqüitat espacial

Existeixen límits a la ubiqüitat espacial?

NO

La vida procariota a ambients extrems

Ubiqüitat temporal

I en el futur ......

• Deinococcus radiodurans 50000 Gy• Clostridium tetani 2400 Gy• Bacillus subtilis 600 Gy• Salmonella typhimurium 200 Gy• Aspergillus niger 500 Gy• Virus Glosopeda 13000 Gy• Virus Coxakie 4500 Gy• Homo sapiens 10 Gy

......els microorganismes perduraran

Versatilitat metabòlica a bacteris.

Metabolisme: anabolisme + catabolisme

Anabolisme: font de carboniAutòtrofs. CO2 i carbonats. Fotosíntesi.Heteròtrofs. Carboni orgànic.

Catabolisme: font d’energiaFotòtrofs. CO2 i carbonats. Fotosíntesi.Quimiòtrofs. Altres composts químics.

• Quimiolitòtrofs. Composts químics inorgànics.• Quimioorganòtrofs. Composts químics orgànics.

– Respiradors. Reducció total dels composts orgànics.Aerobis. O2 com a acceptador final d’electrons.Anaerobis. Altres acceptador finals d’electrons.

– Fermentació. Reducció parcial composts orgànics.

Els cicles biogeoquímics. Exemple del N.

Perquè són importants els microorganismes a biotecnologia?

Versatilitat metabòlica Simplicitat genètica

•Manipulació genèticaSimplicitat estructuralSenzillesa de manipulació

•Cultiu de microorganismes•Control del creixement

Simplicitat genètica a bacteris.

Senzillesa de manipulació genètica: enginyeria genètica

Conseqüències pràctiques de la clonació. Exemple: producció

enzims.

Represor

Promotor Gen clonat

VECTOR

+ Inductor

IRNA polimerasa

RNAm (Transcripció gen clonat)

Proteïna (Traducció mRNA gen clonat)

Ribosoma

AmbInductor

SenseInductor

Simplicitat estructural a bacteris.

Senzillesa de manipulació: cultiu de microorganismes

El cultiu purDivisió binàriaEl creixement cel·lularProducció de metabolits

• Metabolits primaris• Metabolits secundaris

Cultiu de microorganismes: el cultiu pur

Cultiu de microorganismes: divisió binària (i)

Cultiu de microorganismes: divisió binària (ii)

Metabolits primaris i secundaris (iii)

Con

c ent r

aci ó

Temps

Células

Nutrients

Actinomicina

TrofofaseIdiofase triptófan

Idiofase actinomicina

Trofofase: fase creixement; Idiofase: fase producció

Aplicacions biotecnològiques dels microorganismes.

Alimentació: begudes, làctics i embotits Medi Ambient

• Bioremei i detecció de contaminants• Depuració aigües residuals• Compostatge

Indústria• Producció de biomassa• Bioconversions• Producció de metabòlits: Ex. Alcohol i antibiòtics• Enginyeria genètica i indústria

– Expressió de gens de mamífers: Ex. Insulina– Producció de vacunes– Plantes transgèniques

Alimentació. Exemple del formatge.

Pasteurització de la lletProcessament en cuba (3 hores aprox.):

• Addició de Clorur Càlcic (Agitació pales)• Addició de l’inòcul (Agitació pales)• Addició del quall (Repòs: 45 minuts)• Tall (Agitació lires: 10 minuts)• Eliminar xarigot del gra (Agitació pales)

Entrada a batea, eliminació del xarigot i motllejat

PremsatSalatEixugat i maduració

Medi Ambient. Bioremei.Recuperació físicaDispersió amb emulsificantsActivació poblacions autòctones

+ nutrients

Bioaugment

Medi Ambient. Depuració aigües residuals.

Compostaje

Medi Ambient. Compostatge.

Mesòfil Termòfil Mesòfil

Faseinicial

Faseprincipal Maduració

Sucres i àcids orgànics

Hemicel·luloses

Cel·lulosa

Proteïnes i lípidsBACTERIS

Lignina Materials húmics

CO2

1 2 3 4 8 12 16Setmanes

Perc

en

tatg

e

Biotecnologia i Indústria.

Indústria. Bioconversions.Producció de cortisona per Rhizopus

nigricans.

Indústria. Producció de metabòlits.Producció de penicil·lina per Penicillium

chrysogenum.

Producció d’insulina.

Estratègia A

preinsulina

Estratègia B

Pèptid A

Pèptid B

mRNA

Preinsulina

mRNA

mRNA

Pèptid A

Pèptid BINSULINA

Tractamentquímic

BibliografiaLlibres.

•Madigan MT, Martinko JM, Parker J (1997) Brock Biología de los microorganismos. 8ª ed. Prentice Hall Iberia, Madrid. ISBN: 84-89660-36-0.

•Prescott LM, Harley JP, Klein DA (1999) Microbiología. 4ª ed. McGraw-Hill Interamericana, Madrid. ISBN: 84-486-0261-7.

Pàgines Web de Microbiologia i Biotecnologia.

•The Microbe World (EEUU)

http://www.microbeworld.org/home.htm

•Microbio (EEUU)

http://www.microbe.org/espanol/

•National Centre for Biotechnology Education –NCBE- (UK)

http://www.ncbe.reading.ac.uk

•The European Initiative for Biotechnology Education –EIBE- (UK)

http://www.rdg.ac.uk/EIBE/ENGLISH/INTRO.htm

•Mètodes i Tècniques d’Estudi en Microbiologia (UIB, Illes Balears)

http://www.biodeg.uib.es/MTEMicro/ (Usuari: alumno; contrasenya: micro)