Dirección Universitaria de Educación a Distancia EAP INGENIERIA AMBIENTAL

BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL

2014-II Docente: FERNANDO MERINO RAFAELNota:

Ciclo: 8 Módulo IIDatos del alumno: FORMA DE PUBLICACIÓN:

Apellidos y nombres: Publicar su archivo(s) en la opción TRABAJO ACADÉMICO que figura en el menú contextual de su curso

Código de matricula:

Uded de matricula:

Fecha de publicación en campus virtual DUED LEARN:

HASTA EL DOM. 25 DE ENERO 2015

A las 23.59 PM

Recomendaciones:

1. Recuerde verificar la correcta publicación de su Trabajo Académico en el Campus Virtual antes de confirmar al sistema el envío definitivo al Docente.

Revisar la previsualización de su trabajo para asegurar archivo correcto.

2. Las fechas de recepción de trabajos académicos a través del campus virtual están definidas en el sistema de acuerdo al cronograma académicos 2014-II por lo que no se aceptarán trabajos extemporáneos.

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TRABAJO

ACADÉMICO

3. Las actividades que se encuentran en los textos que recibe al matricularse, servirán para su autoaprendizaje mas no para la calificación, por lo que no deberán ser consideradas como trabajos académicos obligatorios.

Guía del Trabajo Académico:

4. Recuerde: NO DEBE COPIAR DEL INTERNET, el Internet es únicamente una fuente de consulta. Los trabajos copias de internet serán verificados con el SISTEMA ANTIPLAGIO UAP y serán calificados con “00” (cero).

5. Estimado alumno:El presente trabajo académico tiene por finalidad medir los logros alcanzados en el desarrollo del curso.Para el examen parcial Ud. debe haber logrado desarrollar hasta ___2__y para el examen final debe haber desarrollado el trabajo completo.

Criterios de evaluación del trabajo académico:

Este trabajo académico será calificado considerando criterios de evaluación según naturaleza del curso:

1 Presentación adecuada del trabajo

Considera la evaluación de la redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato.

2 Investigación bibliográfica:Considera la consulta de libros virtuales, a través de la Biblioteca virtual DUED UAP, entre otras fuentes.

3 Situación problemática o caso práctico:

Considera el análisis de casos o la solución de situaciones problematizadoras por parte del alumno.

4Otros contenidos considerando aplicación práctica, emisión de juicios valorativos, análisis, contenido actitudinal y ético.

TRABAJO ACADÉMICO

Estimado(a) alumno(a):

Reciba usted, la más sincera y cordial bienvenida a la Escuela de Ingeniería

Ambiental de Nuestra Universidad Alas Peruanas y del docente – tutor a cargo del

curso.

En el trabajo académico deberá desarrollar las preguntas propuestas por el tutor, a fin

de lograr un aprendizaje significativo.

Se pide respetar las indicaciones señaladas por el docente tutor en cada una de las

preguntas, a fin de lograr los objetivos propuestos en la asignatura.

PREGUNTAS:

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CUESTIONARIORealice un ensayo, luego de una investigación bibliográfica, analizando y describiendo cada uno de los siguientes temas:

1. Tomando un ejemplo en cada caso, describa las diferencias entre un microorganismo procariótico y un microorganismo eucariótico. (4 puntos)congress.cimne.com/zns09/admin/files/filepaper/p422.pdf

2. A través de cualquiera de las cuatro situaciones planteadas, describa la dinámica poblacional y el crecimiento microbiano:- Rizósfera- Biocorrosión- Deterioro de los alimentos por acción microbiana- Enfermedades infecciosas

(4 puntos)3. Utilizando la columna de Winogradsky, haga un análisis de esa experiencia

como modelo de ecosistema microbiano. (5 puntos)4. Describa detalladamente un caso en donde se aprecie la aplicación de los

conceptos de la microbiología ambiental en el desarrollo de procesos biotecnológicos de aplicación ambiental. (5 puntos)revistaecosistemas.net/pdfs/122.pdfPresentación adecuada del trabajo: redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato. (2 puntos)

Referencias básicas:ATLAS, R y R. Bartha. 2002. Ecología microbiana y Microbiología ambiental. 4ta. Edición. Pearson Educación, S.A. Madrid. España.

BALDRY, P. (1981): “La batalla contra las bacterias”. Reverté, Barcelona.

BROCK, T.D. (1961): “Milestones in Microbiology” (reedición de 1975). American Society for Microbiology, Washington, D.C.

COLLARD, P. (1976): “The development of Microbiology”. Cambridge University Press, Cambridge. Existe versión española: “El desarrollo de la Microbiología”, Ed. Reverté.

de KRUIJF, P. : “Cazadores de microbios”. Biblioteca Científica Salvat.

DEBRÉ, P. (1995): “Louis Pasteur”. Barcelona, Círculo de Lectores.

DUBOS, R. “Louis Pasteur”. Biblioteca Salvat de Grandes Biografías.

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DOW, C.S., R. WHITTENBURY (1980): Prokaryotic form and function. En: "Contemporary microbial ecology" (ed. D.C. Ellwood y otros), Academic Press, Londres, págs. 391-417.

DWORKIN, M. (1991): Prokaryotic diversity. En: "The Prokaryotes" (2nd. edition). Springer Verlag, vol I., págs. 48-74.

NEIDHART, F.C. (1987): Chemical composition of Escherichia coli. En: "Escherichia coli and Salmonella typhimurium. Cellular and molecular biology". (F.C. Neidhart, ed.). American Society for Microbiology. Washington, D.C. (1987), págs. 3-6.

SHAPIRO, J.A. (1988): Las bacterias, organismos pluricelulares. Inv. y Ciencia, 143 (agosto): 56-64.

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“UNIVERSIDAD PRIVADA ALAS PERUANAS” DUED-CUSCO

CARRERA PROFESIONAL DEINGENIERRIA AMBIENTAL

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TRABAJO ACADEMICO

BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL

DOCENTE: FERNANDO MERINO RAFAEL

Estudiante: Carlos Quispe TunquipaCODIGO: 2013218920

Semestre: 2014-II

CUSCO - PERÚ

PRESENTACION

El presente trabajo es para afianzar nuestros conocimientos como estudiantes de

ingeniería ambiental, se hizo con esmero y voluntad de seguir aprendiendo. Por ello

presento el trabajo académico a UD. Para que nos siga guiando en nuestra formación

profesional.

Muchas gracias

Carlos Quispe Tunquipa

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DESARROLLO DE LA GUÍA DEL TRABAJO ACADÉMICOCUESTIONARIO

Realice un ensayo, luego de una investigación bibliográfica, analizando y describiendo cada uno de los siguientes temas:

1. Tomando un ejemplo en cada caso, describa las diferencias entre un microorganismo procariótico y un microorganismo eucariótico. (4 puntos)

Uno de los avances más considerables de la Biología ha sido el descubrimiento de las profundas diferencias entre los organismos celulares y acelulares (virus) y a nivel celular las diferencias entre células con y sin núcleo.

Los términos Procariotas y Eucariota se deben a E. Chatton y se empezaron a usar a principios de 1950.

La principal diferencia radica en que en los Procariotas el material genético no está separado del citoplasma y los Eucariotas presentan el material genético está organizado en cromosomas rodeados por una membrana que los separa del citoplasma.

PROCARIOTAS EUCARIOTASADN localizado en una región: Nucleoide, no rodeada por una membrana.

Núcleo rodeado por una membrana. Material genético fragmentado en cromosomas formados por ADN y proteínas.

Células pequeñas 1-10 µm Por lo general células grandes, (10-100 µm), Algunos son microbios, la mayoría son organismos grandes.

División celular directa, principalmente por fisión binaria. No hay centriolos, huso mitótico ni microtúbulos.

Sistemas sexuales escasos, si existe

División celular por mitosis, presenta huso mitótico, o alguna forma de ordenación de microtúbulos.

Sistemas sexuales frecuentes. Alternancia

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intercambio sexual se da por transferencia de un donador a un receptor.

de fases haploides y diploides mediante Meiosis y Fecundación

Escasas formas multicelularesAusencia de desarrollo de tejidos

Los organismos multicelulares muestran desarrollo de tejidos

Formas anaerobias estrictas, facultativas, microarerofílicas y aerobias

Casi exclusivamente aerobias

Ausencia de mitocondrias: las enzimas para la oxidación de moléculas orgánicas están ligadas a las membranas

Las enzimas están en las mitocondrias

Flagelos simples formados por la proteína flagelina

Flagelos compuestos, (9+2) formados por tubulina y otras proteínas

En especies fotosintéticas, las enzimas necesarias están ligadas a las membranas. Existencia de fotosíntesis aerobia y anaerobia, con productos finales como azufre, sulfato y Oxígeno

Las enzimas para la fotosíntesis se empaquetan en los cloroplastos.

Escherichia coli división por fisión binaria..

Célula Eucariota

La célula procariota es sin duda la más primitiva, conociéndose registros fósiles del Precámbrico, hace más de 3.000 millones de años. A pesar de su estructura muy sencilla, han sobrevivido gracias a la plasticidad de su fisiología, que le permite ocupar ambientes donde no sobreviven las eucariotas.

Cianobacterias: Se llaman también cianofíceas o algas verde-azuladas y son eubacterias fotosintéticas aerobias. Su nombre hace referencia a la presencia de un pigmento azul llamado ficocianina, que se suma a la clorofila a. Pueden presentarse como células aisladas o formar colonias filamentosas. El tamaño de

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las células de cianobacterias puede oscilar desde 1mm hasta 60 micrómetros en el caso del género Oscillatoria.Las cianobacterias presentan una capa gelatinosa externa que permite la formación de colonias. Cada célula presenta una pared celular similar a la de las bacterias Gram negativas. el citoplasma aparece dividido en dos zonas: una central de aspecto translúcido denominada centroplasma, que es el lugar en donde está el ADN de la célula, y el resto del citoplasma, que se denomina cromoplasma, debido a la presencia de unos sáculos en los cuales están los pigmentos fotosintéticos (clorofila a, carotenoides, dicocianina y ficoeritina). El cromoplasma contiene además ribosomas, gránulos de volutina, vacuolas de gas (en especies m arinas) y carboxisomas, que contienen enzimas que fijan el dióxido de carbono

Organismos eucariontesLos organismos eucariontes forman el dominio Eukarya que incluye a los organismos más conocidos, repartidos en cuatro reinos: Animalia (animales), Plantae (plantas), Fungí (Hongos) y Protista (que no pueden clasificarse dentro de los tres primeros reinos). Incluyen a la gran mayoría de los organismos extintos morfológicamente reconocibles que estudian los paleontólogos. Los ejemplos de la disparidad eucariótica van desde un dinoflagelado (un protista unicelular fotosintetizador), un árbol como la sequoia, un calamar, o un racimo de setas (órganos reproductivos de hongos), cada uno con células distintas y, en el caso de los pluricelulares, a menudo muy variados.Diferencias entre células eucariotas Existen diversos tipos de células eucariotas entre las que destacan las células de animales y plantas. Los hongos y muchos protistas tienen, sin embargo, algunas diferencias substanciales.

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Células animalesCélula animal

Estructura de una célula animal típica: 1. Nucléolo, 2.Núcleo, 3. Ribosoma, 4. Vesícula, 5. Retículo endoplásmico rugoso, 6. Aparato de Golgi, 7. Citoesqueleto (microtúbulos), 8.Retículo endoplásmico liso, 9. Mitocondria, 10. Peroxisoma, 11. Citoplasma, 12. Lisosoma. 13. Centriolo.Las células animales componen los tejidos de los animales y se distinguen de las células vegetales en que carecen de paredes celulares y de cloroplastos y poseen centriolos y vacuolas más pequeñas y, generalmente, más abundantes. Debido a la carencia de pared celular rígida, las células animales pueden adoptar variedad de formas e incluso pueden fagocitar otras estructuras.Células vegetalesCélula vegetal

Estructura de una célula vegetal típica: 1. Núcleo, 2.Nucléolo, 3. Membrana nuclear, 4. Retículo endoplásmico rugoso, 5. Leucoplasto, 6. Citoplasma, 7. Dictiosoma / Aparato de Golgi, 8. Pared celular, 9. Peroxisoma, 10. Membrana

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plasmática, 11. Mitocondria, 12. Vacuola central, 13.Cloroplasto, 14. Plasmodesmos, 15. Retículo endoplásmico liso, 16. Citoesqueleto, 17. Vesícula, 18. Ribosomas.Las características distintivas de las células de las plantas son:Una vacuola central grande (delimitada por una membrana, el tono plasto), que mantiene la forma de la célula y controla el movimiento de moléculas entre citosol y savia.Una pared celular compuesta de celulosa y proteínas, y en muchos casos, lignina, que es depositada por el protoplasto en el exterior de la membrana celular. Esto contrasta con las paredes celulares de los hongos, que están hechas de quitina, y la de los procariontes, que están hechas de péptidoglicano.Los plasmodesmos, poros de enlace en la pared celular que permiten que las células de las plantas se comuniquen con las células adyacentes. Esto es diferente a la red de hifas usada por los hongos.Los plastos, especialmente cloroplastos que contienen clorofila, el pigmento que da a la plantas su color verde y que permite que realicen la fotosíntesis.Los grupos de plantas sin flagelos (incluidas coníferas y plantas con flor) también carecen de los centriolos que están presentes en las células animales. Estos también se pueden encontrar en los animales de todos los tipos es decir en un mamífero en un ave o en un reptil.congress.cimne.com/zns09/admin/files/filepaper/p422.pdf

2. A través de cualquiera de las cuatro situaciones planteadas, describa la dinámica poblacional y el crecimiento microbiano:- RIZÓSFERA

La rizosfera es una parte del suelo inmediata a las raíces donde tiene lugar una interacción dinámica con los microorganismos. Las características químicas y biológicas de la rizosfera se manifiestan en una porción de apenas 1 mm de espesor a partir de las raíces.En un sentido más amplio, la rizosfera se puede considerar como la porción de suelo en la que están las raíces de las plantas, ya que es un zona donde se dan toda una serie de relaciones físicas y químicas que afectan a la estructura del suelo y a los organismos que viven en él, proporcionándole unas propiedades diferentes.Se pueden destacar tres características de la rizosfera:Presencia de numerosos organismos en mayor densidad que en el suelo normal, como pueden ser bacterias, hongos y micro fauna (por ejemplo nematodos, ácaros, insectos).Estabilidad de las partículas de suelo, tanto por la acción mecánica de las raíces, como por la acción agregante de los exudados de los diferentes organismos presentes (plantas y microorganismos).

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Es el lugar de destino de carbohidratos productos de la fotosíntesis y que, las plantas exudan por sus raíces para proveer energía a los microorganismos, quienes en retribución protegen a las raíces de organismos patógenos y además solubilizan minerales haciéndolos más asimilables. Se estima que al menos un tercio de los fotosintatos son exudados para este propósito.[cita requerida]La rizosfera provee un complejo y dinámico microambiente, donde bacterias y hongos, en asociación con las raíces, forman comunidades únicas con un considerable potencial para la detoxificación de compuestos orgánicos nocivos. Está controlada por la misma raíz a través de exudados secretados en el sustrato cercano. Esos exudados se pueden clasificar en:1. Compuestos volátiles como el CO2,2. Compuestos de alto peso molecular como mucílago y proteínas, y3. Compuestos de bajo peso molecular que incluyen aminoácidos, carbohidratos, ácidos orgánicos y metabolitos secundarios (citoquininas).La rizosfera de una misma planta puede variar drásticamente como resultado de la producción de diferentes tipos de exudados. Gracias a esos exudados se pueden establecer diferentes interacciones microorganismo-raíz que afectan positiva o negativamente el crecimiento de las plantas. Entre los organismos que participan positiva o negativamente en el crecimiento de las plantas podemos distinguir:Hongos: Forman interacciones de simbiosis con las raíces de plantas que favorecen la ingesta de nutrientes, la tolerancia a heladas y la protección en contra de patógenos. Se conocen como micorrizas y son redes de comunicación física que permiten el movimiento de nutrientes entre hongos y plantas, e incluso entre plantas a través de los micelios. Un ejemplo de esto son las micorrizas entre Vicia faba y Glomus intraradices que, a través de redes miceliales establecen un puente de comunicación entre plantas, permitiendo a las plantas que han sido atacadas por áfidos enviar señales para prevenir a las plantas vecinas que no han sido atacadas.Bacterias: Con las cuales pueden inducir la formación de nódulos radiculares, facilitar la germinación de la planta o promover la adquisición de minerales, agua y fósforo.Nemátodos: Pueden consumir tejidos de plantas o facilitar su descomposición.

- DETERIORO DE LOS ALIMENTOS POR ACCIÓN MICROBIANAMicrobiología de los alimentosIntroducción a la microbiología de los alimentos. Los microorganismos como productores de alimentos. Los microorganismos como agentes de deterioro de alimentos. Microorganismos como agentes patógenos

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transmitidos por alimentos. Factores que afectan el crecimiento bacteriano en alimentos. Crecimiento de microorganismos en medios naturales. Eliminación de los microorganismos de los alimentos. Antagonismo láctico.

Introducción a la microbiología de los alimentosLa microbiología de los alimentos es la parte de la microbiología que trata de los procesos en los que los microorganismos influyen en las características de los productos de consumo alimenticio humano o animal. La microbiología de alimentos, por consiguiente, engloba aspectos de ecología microbiana y de biotecnología para la producción.Se pueden distinguir cuatro aspectos diferentes en la microbiología de alimentos:Los microorganismos como productores de alimentosDesde los tiempos históricos más remotos se han utilizado microrganismos para producir alimentos. Los procesos microbianos dan lugar a alteraciones en los mismos que les confieren más resistencia al deterioro o unas características organolépticas (sabor, textura, etc.) más deseables.La mayoría de los procesos de fabricación de alimentos en los que intervienen microorganismos se basan en la producción de procesos fermentativos, principalmente de fermentación láctica, de los materiales de partida. Esta fermentación suele ser llevada a cabo por bacterias del grupo láctico. Como consecuencia de ella, se produce un descenso del pH, lo que reduce la capacidad de supervivencia de especies bacterianas indeseables (principalmente bacterias entéricas), se acumulan en el alimento ácidos orgánicos de cadena corta que, además de su efecto antibacteriano, le confieren características de sabor agradable, y, en ciertos casos, se acumulan compuestos antibacterianos que reducen la carga microbiana del alimento incrementando su vida media o impiden la germinación de esporas de bacterias Gram-positivas posibles causantes de intoxicaciones alimentarias (por ejemplo: la nisina, bacteriocina producida por ciertas bacterias lácticas, es capaz de inhibir la germinación de esporas de Clostridium botulinum reduciendo el riesgo de intoxicación por la toxina de esta bacteria).Los alimentos fermentados comprenden productos lácteos, cárnicos, vegetales fermentados, pan y similares y productos alcohólicos.Los microorganismos como agentes de deterioro de alimentosSe considera alimento deteriorado aquel dañado por agentes microbianos, químicos o físicos de forma que es inaceptable para el consumo humano. El deterioro de alimentos es una causa de pérdidas económicas muy importante: aproximadamente el 20% de las frutas y verduras recolectadas

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se pierden por deterioro microbiano producido por alguna de las 250 enfermedades de mercado.Los agentes causantes de deterioro pueden ser bacterias, mohos y levaduras; siendo bacterias y mohos lo más importantes. De todos los microorganismos presentes en un alimento sólo algunos son capaces de multiplicarse activamente sobre el alimento por lo que resultando seleccionados con el tiempo de forma que la población heterogénea inicial presente en el alimento va quedando reducida a poblaciones más homogéneas y a, finalmente, un solo tipo de microorganismos que consiguen colonizar todo el alimento desplazando a los demás. Por consiguiente, durante el proceso de deterioro se va seleccionando una población o tipo de micoorganismos predominante de forma que la variedad inicial indica poco deterioro y refleja las poblaciones iniciales.Existen una serie de factores que «dirigen esta selección» que determinan lo que se denomina resistencia a la colonización de un alimento. Estos factores son:Factores intrínsecos:Constituyen los derivados de la composición del alimento: actividad de agua (aw), pH, potencial redox, nutrientes, estructura del alimento, agentes antimicrobianos presentes, etc.Tratamientos tecnológicos:Factores que modifican flora inicial como consecuencia del procesado del alimento.Factores extrínsecosDerivados de la condiciones físicas del ambiente en el que se almacena el alimento.Factores implícitosComprenden las relaciones entre los micoorganismos establecidas como consecuencia de los a factores a, b y c.Diferentes tipos de alimentos son diferentemente atacables por microorganismos. Así cada tipo de alimento se deteriora por acción de un tipo de microorganismo concreto estableciéndose una asociación es específica entre el microorganismo alterante y el producto alterado: así, por ejemplo, las carnes son los alimentos más fácilmente deteriorables debido a las favorables condiciones para el crecimiento de microorganismos derivadas de los factores anteriores.Los microorganismos como agentes patógenos transmitidos por alimentosPor otra parte, ciertos microorganismos patógenos son potencialmente transmisibles a través de los alimentos. En estos casos, las patologías que se producen suelen ser de carácter gastrointestinal, aunque pueden dar lugar a cuadros más extendidos en el organismo e, incluso, a septicemias.

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Las patologías asociadas a alimentos pueden aparecer como casos aislados, cuando el mal procesamiento del alimento se ha producido a nivel particular; pero suelen asociarse a brotes epidémicos más o menos extendidos en el territorio; por ejemplo, el número de brotes epidémicos asociados a alimentos durante los últimos años en todo el territorio nacional ha oscilado entre 900 y 1000 brotes anuales.Las patologías asociadas a transmisión alimentaria pueden ser de dos tipos: Infecciones alimentarias producidas por la ingestión de microorganismos o intoxicaciones alimentarias producidas como consecuencia de la ingestión de y toxinas bacterianas producidas por microorganismos presentes en los alimentos. En ciertos casos, pueden producirse alergias alimentarias causadas por la presencia de microorganismos.En cualquier caso, para que se produzca una toxiinfección es necesario que el microorganismo haya producido:a) Suficiente número para colonizar el intestino.b) Suficiente número para intoxicar el intestino.c) Cantidades de toxina significativas.Los tipos de microorganismos patógenos con importancia alimentaria comprenden bacterias, protozoos y virus, en el caso de las infecciones alimentarias, y bacterias y hongos (mohos) en el caso de las intoxicaciones.Para que una bacteria pueda causar una infección, además de las condiciones anteriores es necesario que el microorganismo presente un rango de temperaturas de crecimiento compatible con la temperatura corporal de los organismos superiores (40ºC). Esto es la causa de que patógenos vegetales no sean patógenos animales y que la mayoría de psicrófilos y psicrótrofos no sean de gran relevancia en patología.Por su parte, un virus será patógeno únicamente en el caso de que las células animales presenten los receptores necesarios para que el virus pueda adsorberse a ellas. Esta es la razón por la que hay especificidad de reino entre virus animales, vegetales y bacterianos sin infecciones cruzadas entre reinos.La procedencia del microorganismo patógeno puede ser de dos tipos: microorganismos endógenos presentes en el interior del alimento, y microorganismos exógenos depositados en la superficie del alimento. Los primeros suelen estar asociados a alimentos animales ya que los patógenos de animales pueden serlo de humanos, mientras que los patógenos vegetales no pueden serlo debido a las diferencias entre ambos tipos de microorganismos.Por último, debido a la importancia en salud pública de las toxiinfecciones alimentarias, la labor del microbiólogo de alimentos se dirige, en muchos

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casos, al control destinado a evitar el consumo de productos elaborados en condiciones deficientes y que, por tanto, sean potencialmente peligrosos. Para ello, ha tenerse en cuenta, a la hora de realizar un análisis microbiológico de alimentos:a) Las fuentes de contaminación del alimento.b) Las rutas de infección del patógeno.c) La resistencia de los patógenos a condiciones adversas.d) Las necesidades de crecimiento de los patógenos.e) Minimizar la contaminación y el crecimiento de los microorganismos.f) Técnicas de detección y aislamiento.g) Método de muestreo proporcional al riesgo.Todo lo anterior obliga a la regulación legal de las características microbiológicas de cada alimento, lo que comprende la definición de cada alimento o producto alimentario y las regulaciones sobre la tolerancia del número de microorganismos permisibles. (Los llamados valores de referencia).Factores que afectan al crecimiento bacteriano en los alimentosCuando un microorganismo se encuentra en la superficie o en el interior de un alimento, actúan sobre él todos los factores físicos o químicos debidos a la composición del alimento en sí y a las condiciones en las que se encuentra. En este sentido, los factores que afectan al crecimiento bacteriano en los alimentos son parcialmente equivalentes a los factores de resistencia a la colonización microbiana de un alimento.Especialmente relevantes, por ser susceptibles de manipulación tecnológica, son los siguientes:Tratamientos que manipulan la temperaturaRefrigeraciónEntendemos por refrigeración la conservación de alimentos a temperaturas inferiores a 10ºC y superiores al punto de congelación del agua. La baja temperatura es, evidentemente, un factor limitante del crecimiento microbiano. Según su comportamiento frente a la temperatura, los organismos pueden ser termófilos, mesófilos y psicrotrofos.Al tratar la refrigeración de alimentos, hay que considerar varios aspectos:La refrigeración es un factor de selección de poblaciones bacterianasA temperatura de refrigeración (0 - 5º C) los organismos psicrófilos crecen más rápidamente que los mesófilos y, por tanto, la baja temperatura permite se supone un factor de selección de la flora del alimento de gran importancia. Este hecho, unido a que a temperaturas inferiores a la óptima los periodos de latencia se alargan mucho, especialmente en bacterias mesófilos, hace que la población bacteriana esperable tras largos periodos de refrigeración esté constituida mayoritariamente por psicrófilos, y que,

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por consiguiente, los procesos que se produzcan a esta temperatura sean, predominantemente, de alteración más que de desarrollo de microorganismos patógenos.Choque de fríoCuando se enfría rápidamente un alimento muchas de las bacterias mesófilas que normalmente resistirían la temperatura de refrigeración, mueren como consecuencia del «choque de frío». Esto es más frecuente en Gram-negativas que en Gram-positivas.El frío produce alteraciones metabólicas en los microorganismosA baja temperatura las rutas metabólicas de los microorganismos se ven alteradas, como consecuencia de su adaptación al frío. Estos cambios metabólicos pueden dar lugar a que se produzcan deterioros diferentes a los causados por los mismos microorganismos a diferentes temperaturas.En resumen, el deterioro de alimentos refrigerados se produce por microorganismos psicrófilos porque, aunque sus velocidades de crecimiento son lentas, los periodos de almacenamiento son muy prolongados. Los microorganismos patógenos son, en su mayoría, mesófilos y no muestran crecimiento apreciable, ni formación de toxinas, a temperaturas de refrigeración correctas. Ahora bien, si la temperatura no es controlada rigurosamente puede producirse un desarrollo muy peligroso rápidamente.RefrigeraciónSe entiende por congelación la conservación de alimentos a temperaturas inferiores al punto de congelación del agua. Estas temperaturas pueden variar desde la que se obtiene en un congelador casero (en torno a -2 a -10ºC) y las conseguidas en sistemas de congelación más potentes que pueden llegar a -30 a -80ºC. La congelación detiene el crecimiento de todos los microorganismos. Los superiores (hongos, levaduras, helmintos) son más sensibles que las bacterias y mueren.A temperaturas más bajas (-30º C) la supervivencia de las bacterias es mayor que en temperaturas de congelación más altas (-2 a -10º C), sin embargo estas temperaturas también deterioran el alimento más que las más bajas. La congelación puede producir lesiones sub letales en los microorganismos contaminantes de un alimento. Este aspecto hay que considerarlo al hacer control microbiológico.Durante la congelación la carga microbiana continúa disminuyendo. Sin embargo, las actividades enzimáticas de las bacterias pueden continuar dando lugar a más deterioro.Tras la congelación los microorganismos supervivientes pueden desarrollarse en un ambiente en el que la rotura de la integridad estructural

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del alimento como consecuencia de la congelación puede producir un ambiente favorable para el deterioro microbiano.Altas temperaturasLas temperaturas superiores a las de crecimiento óptimo producen inevitablemente la muerte del microorganismo o le producen lesiones sub letales. Las células lesionadas pueden permanecer viables; pero son incapaces de multiplicarse hasta que la lesión haya sido reparada.Aunque se han observado excepciones, está perfectamente establecido que la cinética de termo destrucción bacteriana es logarítmica y en ella se pueden determinar para cada microorganismo y alimento los valores de termo destrucción D y z que, en conjunto con la medida de los valores de carga microbiana inicial del alimento permiten diseñar el tratamiento adecuado para conseguir los niveles microbiológicos técnicamente aceptables.La velocidad de termo destrucción se ve afectada por factores intrínsecos (diferencia de resistencia entre esporas y células vegetativas, localización intra o extracelular de las bacterias patógenas), factores ambientales que influyen el crecimiento de los microorganismos (edad, temperatura, medio de cultivo) y factores ambientales que actúan durante el tratamiento térmico (pH, aw, tipo de alimento, sales, etc.).Radiación ultravioletaLa radiación ultravioleta produce una disminución exponencial en el número de células vegetativas o de esporas vivas con el tiempo de irradiación. Por tanto se pueden calcular valores análogos a D para la irradiación.Existe una falta de información precisa sobre la susceptibilidad de las diferentes especies microbianas a la radiación U.V.: diferentes cepas de una misma especie pueden tener una resistencia distinta.El mayor valor del tratamiento con radiaciones U.V. se encuentra en el saneamiento del aire, aunque también pueden aplicarse para esterilizar superficies de alimentos o para el equipo de los manipuladores de alimentos.Radiación ionizanteLa radiación ionizante es altamente letal, puede ajustarse su dosis para producir efectos pasteurizantes o esterilizantes y su poder de penetración es uniforme. Es letal por destrucción de moléculas vitales de los microorganismos, esto los consigue sin producción de calor, por lo que los alimentos se conservan frescos. La mayoría de los daños son a nivel ADN.La sensibilidad a la radiación de los microorganismos difiere según las especies e incluso según las cepas, aunque las diferencias de resistencia entre cepas de una mismas especie son generalmente lo suficientemente

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pequeñas para no tenerlas en cuenta a efectos prácticos. Las bacterias Gram-negativas son generalmente más sensibles a la irradiación que las Gram-positivas y las esporas aún más resistentes. En general, la resistencia a la radiación de los hongos es del mismo orden que la de las formas vegetativas bacterianas. Los virus son aún más resistente que las bacterias a la radiación.Actividad de agua reducida.Los microorganismos requieren la presencia de agua, en una forma disponible, para que puedan crecer y llevar a cabo sus funciones metabólicas. La mejor forma de medir la disponibilidad de agua es mediante la actividad de agua (aw). La aw de un alimento puede reducirse aumentando la concentración de solutos en la fase acuosa de los alimentos mediante la extracción del agua o mediante la adición de solutos.La deshidratación es un método de conservación de los alimentos basado en la reducción de la aw, durante el curado y el salazonado, así como en el almíbar y otros alimentos azucarado son los solutos los que, al ser añadidos, descienden la aw. Un pequeño descenso de la aw es, a menudo, suficiente para evitar la alteración del alimento, siempre que esta reducción vaya acompañada por otros factores antimicrobianos.La mayoría de las bacterias y hongos crece bien a aw entre 0,98 y 0,995; a valores aw más bajos la velocidad de crecimiento y la masa celular disminuyen a la vez que la duración de la fase de latencia aumenta hasta llegar al infinito (cesa el crecimiento). Algunos tipos de microorganismos son capaces de crecer en condiciones de alto contenido de sal (baja aw). Dependiendo de la capacidad de supervivencia a baja aw se denominan osmófilos, xerófilos y halófilos (según va aumentando su requerimiento de sal). Sin embargo, la baja aw reduce también la tasa de mortalidad de las bacterias: una baja aw protege los microorganismos durante tratamientos térmicos.pH Y LA ACIDEZ.- En general, la presencia de ácidos en el alimento produce una drástica reducción de la supervivencia de los microorganismos. Los ácidos fuertes (inorgánicos) producen una rápida bajada del pH externo, aunque su presencia en la mayoría de los alimentos es inaceptable. Los ácidos orgánicos débiles son más efectivos que los inorgánicos en la aciclificación del medio intracelular; se supone que esto ocurre porque es más fácil su difusión a través de la membrana celular en su forma no disorciada (lipofílica) y posteriormente se disocian en el interior de la célula inhibiendo el transporte celular y la actividad enzimática.- La mayoría de los microorganismos crecen a pH entre 5 y 8, en general de hongos y las levaduras son capaces de crecer a pH más bajos que las

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bacterias. Puesto que la acidificación del interior celular conduce a la pérdida del transporte de nutrientes, los microorganismos no pueden generar más energía de mantenimiento y, a una velocidad variable según las especies, se produce la muerte celular. POTENCIAL REDOX.- Se piensa que el potencial redox es un importante factor selectivo en todos los ambientes, incluidos los alimentos, que probablemente influye en los tipos de microorganismos presentes y en su metabolismo. El potencial redox indica las relaciones de oxígeno de los microorganismos vivos y puede ser utilizado para especificar el ambiente en que un microorganismo es capaz de generar energía y sintetizar nuevas células sin recurrir al oxígeno molecular: los microorganismos aerobios requieren valores redox positivos y los anaerobios negativos. Cada tipo de microorganismo sólo puede vivir en un estrecho rango de valores redox. ACIDOS ORGANICOS.La actividad antimicrobiana de un ácido orgánico o de su éster se debe a las moléculas no disociadas de este compuesto, porque esta forma molecular es la más soluble en las membranas celulares, por esto sólo los ácidos orgánicos lipofílicos tienen actividad antimicrobiana.Estos compuestos inhiben el crecimiento de los microorganismos o los matan por interferir con la permeabilidad de la membrana celular al producir un desacoplamiento del transporte de substratos y el transporte de electrones de la forforilación oxidativa. Como consecuencia de esto las bacterias no pueden obtener energía y mueren.Las mayorías de los ácidos orgánicos resultan poco eficaces como inhibidores del crecimiento bacteriano a los pH de 5.5 a 5.8, y son más eficaces a altas concentraciones y pH más bajos. (Cuando el estado disociado del ácido es más infrecuente). Su empleo más frecuente es como micostáticos.De todos los ácidos el más efectivo es el acético.

- Enfermedades infecciosas - Biocorrosión

(4 puntos)3. Utilizando la columna de Winogradsky, haga un análisis de esa experiencia

como modelo de ecosistema microbiano. (5 puntos)

La Columna de Winogradsky

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Bacterias y Archaeas (procariotas), exhiben una diversidad metabólica tan sorprendente que difícilmente podremos encontrarla en animales, plantas, hongos u otros organismos "superiores" (eucariotas). Los procariotas, literalmente, mantienen su sistema biológico utilizando y reciclando, una y otra vez, todos los elementos minerales necesarios para su soporte vital.

Toda la vida sobre la Tierra podría clasificarse en función de las fuentes de carbono y energía de las que depende cada organismo: la energía puede obtenerse de reacciones luminosas (fotótrofos) o de oxidaciones químicas (a partir de compuestos orgánicos o inorgánicos); el carbono para la síntesis celular puede obtenerse del CO2 (autótrofos) o de compuestos orgánicos preformados (heterótrofos). Combinando estas categorías tendremos las cuatro estrategias básicas de los seres vivos: fotoautótrofos (plantas), quimioheterótrofos (animales, hongos), fotoheterótrofos y quimioautótrofos. Sólo entre las bacterias se pueden encontrar estas cuatro estrategias básicas de la vida.

Dos famosos microbiólogos fueron pioneros en el estudio de estos procesos: Sergei Winogradsky (1856-1953) y Martinus Willen Beijerinck (1851-1931). En contraste con los estudios sobre cultivos puros de otros microbiólogos como Louis Pasteur o Robert Koch, estos investigadores se centraron en estudiar las relaciones entre diferentes tipos de microorganismos en comunidades mixtas.

La columna de Winogradsky es una demostración clásica de cómo los microorganismos ocupan "micro espacios" altamente específicos de acuerdo con sus tolerancias medioambientales y sus necesidades vitales (requerimientos de carbono y energía) y que, además, ilustra cómo diferentes microorganismos desarrollan sus ciclos, y la interdependencia que llega a existir entre ellos (las actividades de un microorganismo permite crecer a otro y viceversa). Esta columna es un sistema completo y autónomo de reciclamiento, mantenido sólo por la energía de la luz.

La columna aquí descrita se enfoca sobre todo al ciclo del azufre, pero se podría desarrollar igualmente la reproducción de otros ciclos biogeoquímicos equivalentes para nitrógeno, carbono y otros elementos.

El montaje consta de un cilindro ancho de cristal que se llena con lodos ricos en materia orgánica hasta 1/3 de su volumen. Se añaden restos orgánicos de diferente orígen (tiras de papel de periódico, aserrín, restos de raices de plantas, carne piada, etc). Se añade a la mezcla un suplemento compuesto de SO4Ca y CO3Ca (que actúan como fuente de sulfato y tampón respectivamente). La mezcla, bien apretada para que no queden burbujas de aire, se cubre con agua procedente de un lago, estanque, acequia (o alguna fuente similar), se cubre con papel de aluminio y se deja en una ventana donde reciba la luz del sol.

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A lo largo de la columna se desarrollan diversos organismos:

En la zona inferior de lodos se desarrollan organismos que desarrollan procesos fermentativos que producen alcohol y ácidos grasos como subproductos de su metabolismo. Estos productos de "desecho" son a su vez el sustrato para el desarrollo de bacterias reductoras de sulfato. Como resultado se liberan sulfuros que difunden a la zona superior oxigenada creando un gradiente en el que se desarrollan bacterias fotosintéticas que utilizan el azufre.

Por encima de esta zona pueden desarrollarse las bacterias púrpura que no utilizan el azufre.

Cianobacterias y algas crecen en la parte superior y liberan oxígeno que mantiene aerobia esta zona.

Vamos a ver estos procesos de forma un poco más amplia:

Microbiología de la columna de Winogradsky

Entre cuatro y seis semanas después de su instalación, la columna debe estabilizarse en tres ambientes básicos distintos en los que se desarrollarán comunidades bacterianas específicas en función de sus requisitos medioambientales. Comenzando desde la parte más profunda de la columna:

Zona anaerobia (sin Oxígeno)

Hay dos tipos de organismos que pueden crecer en condiciones anaerobias: los que fermentan la materia orgánica o los que realizan la respiración anaerobia. La fermentación es un proceso en el que los compuestos orgánicos son degradados de forma incompleta (por ejemplo, las levaduras fermentan los azúcares a alcohol). La respiración anaeróbica es un proceso en el que los sustratos orgánicos son completamente degradados a CO2, pero usando una substancia distinta del oxígeno como aceptor terminal de electrones (Algunas bacterias, por ejemplo, utilizan nitratos o iones sulfato en vez del oxígeno).

En el nivel más bajo de la columna, en un ambiente con alta concentración de SH 2, aparecen varios grupos diferentes de bacterias:

En el fondo de la columna, dependiendo del tipo de barro utilizado, puede aparecer una capa de color rosado formada por bacterias púrpura del azufre portadoras de vesículas de gas. Una especie característica es Amoebobacter.

En esta misma zona, en condiciones estrictamente anaerobias al cabo de unas semanas, y utilizando la carga de celulosa aportada por los restos de papel incorporados en el sedimento como fuente primaria para su metabolismo, aparecen las bacterias del género Clostridium.

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Todas las especies de este género son anaerobias estrictas porque, aunque sus esporas pueden sobrevivir en condiciones aerobias, las células vegetativas mueren si están expuestas al oxígeno. Por eso no empiezan a crecer hasta que éste desaparece del sedimento. Estas bacterias degradan la celulosa a glucosa y, a continuación, fermenta la glucosa para obtener la energía que necesitan, produciendo una serie de compuestos orgánicos simples (etanol, ácido acético, ácido succinico, etc) como productos finales de esa fermentación.

Un poco por encima, las bacterias reductoras del azufre, que se visualizan como una profunda capa negra y están representadas por Desulfovibrio, pueden utilizar estos subproductos de la fermentación para su respiración anaerobia, usando sulfato, u otras formas parcialmente oxidadas de azufre como el tiosulfato, generando grandes cantidades de SH2 en el proceso. Este SH2 reaccionará con cualquier hierro presente en el sedimento, produciendo sulfuro ferroso, que da color negro. Es por esto que los sedimentos acuáticos son frecuentemente negros.

Sin embargo, no todo el SH2 es utilizado. Como veremos un poco más adelante, ciertas cantidades difunde hacia arriba a lo largo de la columna de agua y son utilizados por otros organismos que crecen en las zonas superiores.

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Este crecimiento se visualiza bajo la forma de dos bandas estrechas, brillantemente coloreadas, inmediatamente por encima del sedimento: en una primera franja, las bacterias verdes del azufre (como Chlorobium) procesan los sulfatos a azufre y aparecen en una franja verdosa. En otras zonas cercanas, bacterias como Gallionella procesan el Hierro formando una capa negra que se forma justamente por debajo de la anterior. Un poco más arriba, algo más alejadas por tanto de las altas concentraciones de sulfídrico se desarrolla una zona de bacterias púrpuras del azufre, comoChromatium, caracterizada por su color rojo-púrpura.

Estas bacterias del azufre, verdes y púrpuras, obtienen energía de las reacciones luminosas y producen sus materiales celulares a partir de CO2. En gran medida, de manera muy similar a cómo lo hacen las plantas aunque, sin embargo, hay una diferencia esencial: no producen oxígeno durante la fotosíntesis porque no utilizan H2O como elemento reductor sino SH2. Las ecuaciones simplificadas que siguen muestran el paralelismo de ambos procesos:

6 CO2 + 6 H20 C6H12O6 + 6 O2 (fotosíntesis de las plantas) 6 CO2 + 6 SH2 C6H12O6 + 6 S (fotosíntesis de las bacterias anaerobias)

Un poco por encima de esta zona nos encontramos una franja de bacterias púrpuras no del azufre, como Rhodospirillum y Rhodopseudomonas, que adquiere un color rojo-anaranjado. Su mayor o menor abundancia dependerá de la cantidad de sulfhídrico que se haya producido y de la cantidad que, no utilizada por otros organismos, difunda hacia arriba, ya que su presencia inhibe a estas bacterias. Son anaerobios fotoorganotrofos que sólo pueden realizar la fotosíntesis en presencia de una fuente de carbono orgánico.

Zona aerobia (rica en Oxígeno)

La parte superior de la columna de agua puede contener abundantes poblaciones de bacterias de diferentes tipos. Son organismos aerobios que se encuentran habitualmente en los hábitats acuáticos ricos en materia orgánica (estanques poco profundos, arroyos contaminados, etc). Suelen ser flagelados, lo que les permite moverse y establecerse en nuevas áreas. Puede desarrollarse también microorganismos fototróficos variados procedentes directamente del agua o del barro utilizado originalmente en el montaje de la columna. La superficie del barro puede presentar en esta zona un ligero color castaño. Esta es la parte de la columna más rica en oxígeno y más pobre en azufre.

Sin embargo, también aquí llegarán por difusión, procedentes del barro de zonas inferiores, ciertas cantidades de SH2 que será oxidado a sulfato por bacterias que oxidan azufre (como Beggiatoa yThiobacillus). Estas bacterias obtienen energía oxidando el SH2 a azufre elemental y sintetizan su propia materia orgánica a partir de CO2. Por esto se les llama quimoautótrofas.

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En las zonas superiores pueden crecer también cianobacterias fotosintéticas, lo que se visualizaría cómo un tapete de césped de color verde. Estas bacterias se caracterizan por ser las únicas que realizan una fotosíntesis similar a la de las plantas. De hecho, hay poderosas evidencias de que los cloroplastos de las plantas proceden de cianobacterias ancestrales que se establecieron como simbiontes dentro de células de algún eucariota primitivo. De forma paralela hay también evidencias igualmente fuertes de que las mitocondrias de los eucariotas actuales se derivaron de bacterias púrpuras ancestrales por un similar sistema de endosimbiosis.

4. Describa detalladamente un caso en donde se aprecie la aplicación de los conceptos de la microbiología ambiental en el desarrollo de procesos biotecnológicos de aplicación ambiental. (5 puntos)Utilización de inóculos exógenos en experiencias de biorremediación.Ha habido éxitos y fracasos en la utilización de inóculos microbianos exógenos especializados en la descontaminación de diferentes enclaves contaminados. En casos de emplazamientos contaminados por hidrocarburos con exposiciones largas o recurrentemente contaminados, la población autóctona habitualmente responde eficientemente a estrategias de bioestimulación incrementando su población y consiguiendo una biodegradación significativa de los contaminantes De hecho, se han descrito resultados favorables en procesos de biostimulación en suelos contaminados con distintas familias de hidrocarburos; con aceites minerales pesados, en suelos contaminados por HAPs en enclaves contaminados con crudo de petróleo bifeniles policlorados (PCBs) y herbicidas. En las situaciones en que la población indígena degradadora de hidrocarburos es inexistente o muy baja, debido a la toxicidad intrínseca de la matriz contaminante o por ser un enclave contaminado muy recientemente, el uso de inóculos exógenos puede ser beneficioso. En realidad se han descrito numerosas situaciones en las que el bioaumento ha funcionado, en suelos, lodos y aguas subterráneas contaminadas. Sin embargo, es necesario en cada caso particular estudiar la necesidad o no de aplicar inóculos exógenos, así como sus condiciones óptimas de aplicación (Vogel, 1996). Como puede observarse en la tabla 2.3, un gran número de inóculos exógenos utilizados en procesos de bioaumento se corresponden a cultivos puros de cepas microbianas individuales, en cambio se utilizan consorcios no definidos en pocas ocasiones, aunque en realidad posean un mayor potencial catabólico. Su escasa utilización, reside en que es muy difícil conocer todos los componentes microbianos que existen en un consorcio no definido, cuya obtención es en base a procesos de enriquecimiento secuencial de muestras ambientales reales. Por lo tanto se hace necesario conocer la composición microbiana de los consorcios para adecuarse a la legislación ambiental así como también para comprender mejor el funcionamiento del mismo.

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Capítulo II: Caracterización de la diversidad microbiana de un consorcio degradador de HAPs.Estudios de biorremediación de aguas y suelos contaminados con éxito en la utilización de inóculos exógenos.revistaecosistemas.net/pdfs/122.pdfPresentación adecuada del trabajo: redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato. (2 puntos)

Referencias básicas:ATLAS, R y R. Bartha. 2002. Ecología microbiana y Microbiología ambiental. 4ta. Edición. Pearson Educación, S.A. Madrid. España.

BALDRY, P. (1981): “La batalla contra las bacterias”. Reverté, Barcelona.

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Bibliografía:

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