Microbiología aplicada

TEMA 18

Formas de vida de los microorganismos

• Autótrofos • Producen materia orgánica a partir del CO2 • Principal fuente de O2

• Saprofitos • Reciclan la materia orgánica • Beneficiosos al producir alimentos de interés • Perjudiciales cuando alteran los alimentos

• Simbióticos, se asocian con otros organismos de los que obtienen la materia orgánica

• Parásitos: producen enfermedades a otros organismos de los que obtienen la materia orgánica.

Microorganismos autótrofos

• Bacterias fotosintéticas • Cianobacterias • Algas eucariotas unicelulares

• Bacterias quimiosintéticas.

Principales responsables de la presencia de O2 en la atmósfera

Son fuente de materia orgánica para todos los organismos.

Son fuente primaria de carbono en los fondos marinos a los que no

llega la luz .

Constituyen fitoplancton

Otros son habitantes habituales de los suelos aireados e intervienen

en el ciclo del Nitrógeno.

Microorganismos en el ciclo del Carbono • Fijan el carbono inorgánico (CO2)

• Bacterias fotosintéticas • Cianobacterias • Algas eucariotas unicelulares (Protoctistas) • Bacterias quimioautótrofas (no son fotosintéticas)

• Facilitan la absorción de las plantas • Micorrizas (hongos)

• Mineralizan la materia orgánica • Bacterias descomponedoras • Hongos aerobios

• Formación de combustibles fósiles • Microorganismos marinos • Bacterias fermentadoras

Microorganismos de suelos aireados

• Bacterias y hongos aerobios saprófitos, mineralizan la materia orgánica.

• Nitrobacterias quimiosintéticas • Fijadores del nitrógeno:

• Bacterias del género Azotobacter • Bacterias simbiontes del género Rhizobium • Hongos del género Actinomicetos

• Micorrizas

Intervienen en el ciclo del Carbono

Intervienen en el ciclo del Nitrógeno

Microorganismos de suelos no aireados

• Bacterias de metabolismo fermentativo. • Productoras de combustibles fósiles

• Bacterias desnitrificantes: • Empobrecen el suelo en nitratos • Género Pseudomonas

Intervienen en el ciclo del Nitrógeno

Intervienen en el ciclo del Carbono

VEGETALES CONSUMIDORES

Restos orgánicos

DESCOMPONEDORES NO3-

(Nitratos)

NH4+

(Amonio) NO2-

(Nitritos)

Nitrosación

(Nitrosomonas sp.)

LEGUMINOSAS (Rhizobium sp.)

Fijación simbiótica

Des

nitr

ific

ació

n

(hon

gos

y Ps

eudo

mon

as…)

Vulcanismo

Nitrógeno atmosférico

Ciclo del Nitrógeno

Microorganismos en el ciclo del Nitrógeno

• Fijan el Nitrógeno atmosférico (N2) • Bacterias fijadoras del N2: simbiontes (Rhizobium) y de vida libre

(Azotobacter) • Cianobacterias. • Hongos fijadores (Actinomicetes)

• Mineralizan la materia orgánica (se libera amonio) • Bacterias y hongos descomponedoras

• Transformación del amonio en nitritos y nitratos (NO2-, NO3

- ) • Nitrobacterias quimiosintéticas (Nitrosomonas y Nitrobacter )

• Desnitrificación del suelo (Pseudomonas) • Bacterias anaerobias desnitrificantes que empobrecen el suelo

transformando los nitratos en N2 que se libera a la atmósfera.

1

2

4 5

• 1. Bacterias y hongos descomponedores • 2. Bacterias del género Nitrosomonas • 3. Bacterias del género Nitrobacter • 4. Bacterias del género Pseudomonas • 5. Bacterias fijadoras del nitrógeno

3

Ciclo del Nitrógeno

Ciclo del N2

Microorganismos patógenos

• La mayoría de los microorganismos son inocuos.

• Viven sobre la piel, en los conductos digestivos, o respiratorios, en la vías genitales, etc.; son la denominada flora normal o saprófita.

• los microorganismos patógenos producen enfermedades infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana.

• Los microorganismos oportunistas normalmente no son patógenos pero pueden serlo cuando disminuyen los mecanismos defensivos de un animal.

Microbiología médica • Pasteur. Se le considera el padre de la microbiología. Fue el

primero en afirmar que los microorganismos producían determinadas enfermedades (carbunco).

• Postulados de Koch: (tuberculosis “bacilo de Koch”) • El agente patógeno debe estar presente en los individuos

enfermos y ausente en los sanos. • El agente debe ser aislado del cuerpo en un cultivo puro a partir

de las lesiones de la enfermedad. • El agente debe provocar la enfermedad en un individuo sano al

ser inoculado. • El agente debe ser aislado de nuevo de las lesiones producidas en

los animales de experimentación. • Los animales infectados desarrollan defensas específicas contra el

microorganismo.

Microbiología médica

• Infección. Penetración y proliferación de un agente (microorganismo patógeno) en el interior de un organismo.

• Infestación. Indica la presencia de parásitos animales sobre o dentro del cuerpo del hospedador. Los organismos infestantes pueden transmitir una infección o no.

• Contagio. Traspaso de microorganismos patógenos desde un organismo enfermo a uno sano.

• Patogenicidad. Capacidad de los microorganismos de llegar a producir una enfermedad en el hospedador.

• Virulencia. Se refiere a la mayor o menor intensidad de la enfermedad producida por ese agente infeccioso.

• Toxinas. Sustancias venenosas que producen los microorganismos. • Toxemia. Acumulación de toxinas en un organismo.

Asepsía y antisepsía

• Asepsia: eliminación de microorganismos de objetos o lugares por procedimientos físicos o químicos. Se lleva a cabo mediante métodos de esterilización. • Físicos: uso del autoclave (120ºC y 2 atmósferas, 15´); uso del

horno Pasteur (200ºC en seco), irradiación con rayos γ o rayos ultravioletas (quirófanos)

• Químicos: detergentes tensioactivos, sustancias esterilizantes como el formaldehido o la lejía.

• Antisepsia: eliminación de microorganismos del cuerpo del paciente sin dañar al organismo mediante productos químicos antimicrobianos.

Antimicrobianos

• Antisépticos: sobre la piel (alcohol, agua oxigenada, soluciones de yodo...).

• Bacteriostáticos de síntesis, detienen crecimiento de bacterias (sulfamidas).

• Antibióticos: Producidas por microorganismos (hongos o bacterias) • Impiden el crecimiento o matan bacterias • Inocuos para el organismos y hongos, protozoos o virus. • Su uso pueden generar la aparición de resistencias a los

antibióticos. • Antivirales: desarrollados en la lucha contra el sida

Antibióticos y antibiogramas

.

Penicillium, un hongo productor de penicilina, al microscopio de

barrido

• El desarrollo de resistencias a los antibióticos es un grave problema.

Enfermedades infecciosas

• Son la manifestación clínica de una infección provocada por un microorganismo (bacterias, hongos, virus, protozoos o priones).

• En el caso de agentes patógenos de tamaño macroscópico, como los gusanos se habla de infestación.

Vías de infección • La entrada de microorganismos en el cuerpo del

hospedador tiene lugar a través de distintas vías: • Heridas o abrasiones en los tegumentos. • Roturas microscópicas en las mucosas. • Picaduras de artrópodos. • Adherencia específica del microorganismo a las células del

hospedador y paso a través de células epiteliales.

• En determinadas circunstancias, algunos microorganismos forman colonias muy numerosas en los tegumentos, las cuales son responsables de una lesión epitelial, produciéndose inflamación y rotura, a través de la cual penetran.

Epidemias

• Epidemia. Es una descripción en la salud comunitaria que ocurre cuando una enfermedad afecta a un número de individuos superior al esperado en una población durante un tiempo determinado.

• Pandemia: En el caso de que la epidemia se extienda por varias regiones geográficas extensas de varios continentes o incluso de todo el mundo.

• Enfermedad endémica. Se refiere a aquellas enfermedades que afectan a una zona geográfica concreta de forma mantenida en el tiempo.

Enfermedades infecciosas Enfermedades transmitidas

por contacto directo

•Tétanos •Gangrena •Dermatomicosis •Herpes • Varicela

Enfermedades transmitidas a través del aire

•Resfriado común •Gripe •Sarampión •Paperas •Tuberculosis •Meningitis •Neumonía

Enfermedades transmitidas por vía sexual

•Sida •Herpes genital •Hepatitis B •Gonorrea •Sífilis •Candidiasis vaginal •Tricomoniasis

Enfermedades transmitidas por animales

•Rabia •Disentería amebiana •Poliomielitis •Botulismo •Salmonelosis •Hepatitis A •Paludismo •Peste

Enfermedades transmitidas por el agua o los alimentos

•Gastroenteritis •Salmonelosis •Fiebre tifoidea •Colera •Botulismo •Amebiasis •Poliomielitis •Hepatitis A

Virus Bacterias Protozoos Hongos

Enfermedades infecciosas • Transmitidas por contacto directo

• Bacterianas: como el tétanos y la gangrena en las que el contagio se realiza a través de heridas profundas, etc.

• Víricas: como herpes, varicela, etc. • Transmitidas por vía sexual

• Bacterianas: como la sífilis y la gonorrea • Víricas: el SIDA

• Transmitidas por vía respiratoria. • Bacterianas: tuberculosis, neumonía, meningitis, etc. • Víricas: Gripe, resfriados, etc.

• Transmitidas por vía digestiva • Bacterianas: gastroenteritis, fiebre tifoidea, cólera, etc. • Víricas: poliomelitis…

• Transmitidas por vectores • Bacterianas: el tifus exantemático, la peste, etc. • Víricas: rabia, hepatitis, el SIDA, etc. • Producidas por protozoos, como el paludismo,

Enfermedades humanas

Detalle al microscopio electrónico de la cabeza de un mosquito

• El hombre desde la antigüedad ha obtenido productos alimenticios con la intervención de los microorganismos.

• Por otro lado la acción sobre los alimentos de los microorganismos, puede producir graves alteraciones de estos.

Microorganismos y alimentos

Microbiología de los alimentos

Tanques de fermentación para elaborar cerveza

Elaboración de queso Emmental

Control sanitario de alimentos

• Hoy día los microorganismos son explotados industrialmente en la fabricación de numerosos alimentos y bebidas.

Microbiología de los alimentos

Fabricación de pan • La realizan levaduras y ciertas

bacterias, que transforman la glucosa en etanol y CO2.

• Las células de levadura Sacharomyces cerevisiae llevan a cabo la fermentación alcohólica, que se utiliza para la fabricación del pan suba o de la cerveza.

Fermentación alcohólica

Fabricación del pan

Fabricación de la cerveza

Fermentación láctica

• Es importante para la producción de muchos alimentos lácteos, como quesos y yogurt.

También se produce en dos partes: 1ª parte: glucólisis. 2ª parte: conversión del ác. pirúvico en alcohol etílico y CO2.

Fabricación de productos lácticos

Fermentación láctica • Yogur • Encurtidos vegetales y

productos similares • Fabricación del queso

• Obtención de cuajada por fermentación o por el cuajo

• Fermentaciones de bacterias y hongos

Alteraciones de los alimentos La acción de los microorganismos sobre los alimentos puede producir: • Pérdida de propiedades (sabores y olores desagradables)

• Intoxicaciones (toxina botulínica)

Conservación de los alimentos

Esterilización versus pasterización • Esterilización. Es la destrucción de todas las formas de vida

microscópicas, incluidos virus y esporas.

• Pasteurización. Es un proceso térmico (generalmente se aplica a líquidos) que tiene como objetivo disminuir sustancialmente las poblaciones de agentes patógenos que pueda contener el alimento, reduciéndolas a niveles que no causen intoxicaciones alimentarias (siempre que el producto se mantenga correctamente refrigerado y se consuma antes de la fecha de caducidad).

• Es una "esterilización parcial" de los alimentos, pero que altera lo menos posible su estructura física, sus componentes químicos y sus propiedades organolépticas.

Obtención productos farmacéuticos

• Fabricación de antibióticos • Utilización de

microorganismos modificados genéticamente para: • Producción de hormonas

humanas • Obtención de vacunas

Eliminación de residuos • Tratamientos de aguas residuales con microorganismos

aerobios que consumen la materia orgánica. • Obtención de compost o fertilizantes ricos en nutrientes

inorgánicos por digestión de los residuos orgánicos. • Eliminación de mareas negras o acumulaciones de aceites

industriales con microorganismos que digieren los hidrocarburos

• Tratamientos de suelos contaminados con metales pesados: los microorganismos los fijan a su cuerpo y no son arrastrados por las aguas continentales.

• Todas estas aplicaciones se potencian con la ingeniería genética: obtención de nuevas cepas.