La microbiologa es una ciencia que todos los estudiantes de ingeniera civil deben de estudiar para poder comprender los aspectos fundamentales de la ingeniera ambiental

Captulo 2. Nociones de Microbiologa y Parasitologa.

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Captulo 2.Nociones de Microbiologa y Parasitologa1. Introduccin a la Microbiologa.La microbiologa es una ciencia que todos los estudiantes de ingeniera civil deben de estudiar para poder comprender aspectos biolgicos fundamentales presentes en la ingeniera ambiental. Realmente no se trata de conocer a fondo esta ciencia, sino de tratar de conocer aquellos tpicos que permitan al estudiante entender, por ejemplo, las relaciones existentes entre los microorganismos, los aspectos beneficiosos que ellos nos pueden aportar y la relacin entre los microorganismos y los procesos naturales de vida.

Un microorganismo es un ser vivo, de un tamao tan pequeo, que solo puede ser observado a travs de un microscopio. Estos organismos estn presentes en el medio ambiente natural e interactan constantemente con los seres humanos. En algunos casos son beneficiosos para los humanos en otros casos son perjudiciales.

Los microorganismos se encuentran en todos los ambientes, por ejemplo, en el aire que respiramos, en los alimentos que comemos, en el suelo, en el agua que bebemos. Muchos de los microorganismos son de gran utilidad para los seres humanos, mientras que un pequeo grupo producen enfermedades o son perjudiciales. Entre los que son beneficiosos se pueden mencionar, algunos microorganismos presentes en el suelo, como los Thiobacillus ferrooxidans y los Thiobacillus thiooxidans, que obtienen su energa de la oxidacin de compuestos qumicos inorgnicos txicos producidos principalmente en las actividades mineras, o el caso del Bacillus thuringiensis que es empleado como pesticida no contaminante. En el agua, se pueden mencionar los microorganismos fototrpicos, organismos cuya fuente de energa es la luz solar, como las algas y las cianobacterias, que constituyen los productores primarios, fijando el bixido de carbono en compuestos que pueden ser empleados por otros microorganismos.Los microorganismos cumplen un papel muy importante en la biosfera, ya que influyen significativamente en la composicin y calidad del ambiente, ellos ayudan en la descomposicin de contaminantes y sustancias txicas y en su transformacin en compuestos que pueden ser empleados por otros organismos. Adems, los microorganismos pueden ser considerados como acondicionadores de los suelos.

De lo antes planteado, se concluye que el estudio de los microorganismos proporciona un conocimiento fundamental acerca de los diferentes ecosistemas naturales incluyendo, indudablemente, a los seres humanos.Entre los principales grupos de microorganismos de inters para los ingenieros ambientalistas se tienen: las bacterias, las algas, los hongos, los virus, los protozoarios y los helmintos, ya que todos estos microorganismos son capaces de descomponer sustancias orgnicas en compuestos inorgnicos que las plantas y otros organismos vivos necesitan para vivir.

El estudio de los microorganismos se debe centrar en aspectos tales como: ciclo de vida, tipo de metabolismo, mtodos de reproduccin y transmisin. Sin embargo, se deben tener presentes estudios de cmo los microorganismos pueden ayudar a mejorar el ambiente, su aplicacin en la agricultura, en el control de pestes y en el desarrollo de nuevas vacunas, antibiticos y otros productos que permiten mejorar la calidad de vida de los seres vivos.

2. Breve Historia de la Microbiologa.A travs de los aos, muchas y diferentes culturas han realizado aportes importantes a la microbiologa. En una forma resumida se pueden nombrar ciertos descubrimientos importantes, por ejemplo, el sabio griego Hipcrates quien desarroll sus estudios en la medicina, el sabio romano Varro quien plante la idea de que enfermedades no visibles eran causadas por animales, o los judos y rabes quienes ayudaron a desarrollar controles en la transmisin de enfermedades mejorando las condiciones sanitarias en estos pueblos.

En el siglo XVII, Anton Van Leeuwenhoek construy el primer microscopio, lo que permiti observar organismos no visibles a simple vista y descubrir la mayora de bacterias, protozoarios y otros microorganismos.

La aparicin de epidemias durante el siglo XVIII, tales como la peste Negra o Bubnica, la tuberculosis y la viruela, debido a las psimas condiciones sanitarias de casas y pueblos, hizo aumentar el inters de la investigacin en el rea de la microbiologa, tratando en todo momento de conseguir el origen de estas enfermedades.

Ms adelante, las investigaciones relacionadas con nuevas tcnicas de cultivo del cientfico Robert Koch, que desarroll una teora que planteaba que microorganismos invadan a otros organismos y causaban enfermedades, permiti por primera vez establecer asociaciones entre un microorganismo en particular y una enfermedad. La teora postulada por Koch consideraba los siguientes aspectos:

1. El microorganismo causante de la enfermedad se encuentra en el cuerpo del animal infectado.

2. El microorganismo puede ser aislado en un medio de cultivo.

3. La inoculacin de una muestra de este cultivo en un animal sano hace que ste desarrolle la enfermedad.

4. El microorganismo infectante puede ser recolectado nuevamente del animal contagiado experimentalmente.

Esta teora no pudo ser confirmada de inmediato; sin embargo, las investigaciones posteriores realizadas por Pausteur referentes al clera y a la vacuna contra la rabia, y otras investigaciones de Koch referentes a la tuberculosis, permitieron, aos despus, comprobar la teora de que las enfermedades eran causadas por microorganismos.

En los subsiguientes aos se pueden mencionar otros hechos importantes en el campo de la microbiologa, tales como el aporte que realiz Semmelweis, como fue el uso del cido carblico en vendajes de heridas y en instrumentos quirrgicos para prevenir septicemias o el trabajo de Beijerrinck quien estableci el trmino de virus por primera vez.

Seguidamente Stanley logra la primera cristalizacin de un virus en 1935, esto permiti que en 1939 los virus fueran vistos por primera vez utilizando un microscopio electrnico. Ms tarde, Hersey y Chase demostraron que los virus estaban compuestos de hebras de ADN (cido desoxi-ribonucleico).Con relacin al campo de prevencin, control y tratamiento de enfermedades, se pueden mencionar los estudios realizados por Ehrlich, quien emple por primera vez hierbas naturales como la quinina para el tratamiento de enfermedades. Sin embargo, uno de los avances ms importantes en el campo de la microbiologa, lo realiz Fleming, quien descubri el primer antibitico, la penicilina.

Muchos otros investigadores han realizado aportes significativos al estudio de microorganismos, tales como Griffith, quien descubri el proceso de transformacin de microorganismos mientras estudiaba colonias de pneumococos. o los estudios de Beadle y Tatum quienes demostraron como la informacin gentica puede controlar el metabolismo de los microorganismos.

Finalmente, se puede concluir que la microbiologa es una ciencia no estacionaria y evolutiva, ya que siempre van a existir nuevas enfermedades relacionadas con los microorganismos que necesitan de estudios puntuales y especficos para poder desarrollar vacunas que impidan su propagacin en mundo.3. La Clula y sus Tipos.Con el desarrollo de nuevas tecnologas, actualmente se pueden observar y estudiar las principales caractersticas de las clulas vivas (Figura N 1). Las clulas vivas se pueden clasificar en procariticas y en eucariticas.

Figura N 1. Clulas vivas (Fuente: www.udg.co.cu/cmap/botanical/imagenes/dcva.jpg).3.1. Clulas Procariticas.Los organismos procariticos son los seres vivos ms pequeos, poseen un dimetro entre 0.5 a 2 m, en caso de poseer un forma esfrica. Debido a esto, las bacterias tienen una relacin rea-volumen bien elevada, lo que significa que todos los componentes internos de su clula se encuentran muy cercanos a su superficie y los nutrientes pueden ser fcilmente distribuidos en ellos. Por ejemplo, una bacteria con un dimetro de 2 m tiene un rea de 12 m2 y un volumen de 4 m3, por lo tanto su relacin superficie-volumen ser de 3:1. Si se compara con un microorganismo eucaritico, que tenga un dimetro de 20 m, un rea superficial de 1200 m2 y un volumen de 4000 m3, su relacin rea-volumen ser de 0,3:1, esto significa que los microorganismos procariticos poseen una relacin rea-volumen diez veces mayor que los microorganismos eucariticos.

Todos los organismos unicelulares o pertenecientes al reino de los protistas inferiores poseen clulas procariticas. Entre los organismos procariotas se encuentran las bacterias, incluyendo a la primitiva archaebacteria y la cianobacteria o alga azul que es una bacteria fotosinttica.

3.1.1. Estructura de las Clulas Procariticas.Las clulas procariticas estn constituidas por una membrana o pared celular que rodea al citoplasma y por una variedad de estructuras externas tales como capsulas, flagelos y pili. En el citoplasma, lquido que contiene ARN, protenas, glicgeno y lpidos entre otros, se encuentran los ribosomas, la regin nuclear o nucleoide y ciertas inclusiones tales como las granulas y las vesculas (Figura N 2).

La membrana o pared celular es semi-rigida y est constituida, principalmente, por un polmero de molculas de N-acetilglucosamina y de molculas de cido N-acetil-murmico que estn unidas por cadenas de cuatro aminocidos. Esta membrana celular cumple dos funciones importantes: una la de mantener la forma de la clula y la otra la de regular el flujo de materiales que entra y sale de la clula, es decir, esta membrana previene el rompimiento de la estructura celular cuando existe intercambio de fluidos debido al proceso de smosis.

Figura N 2. Estructura Clula Procaritica (Fuente:www.biotech.bioetica.org/images/wpe112.gif).El citoplasma, es una sustancia semilquida localizada dentro de la pared celular, est constituido por cuatro quintos de agua y un quinto de sustancias disueltas y/o suspendidas. En estas sustancias se encuentran enzimas y otras protenas as como tambin carbohidratos, lpidos e iones inorgnicos. En el citoplasma de la clula es donde se producen las reacciones qumicas tales como el catabolismo y el anabolismo. El catabolismo es la ruptura de molculas de mayor tamao en molculas de menor tamao con obtencin de energa, y el anabolismo es la formacin de compuestos qumicos, tales como protenas y grasas a partir de molculas ms simples, utilizando ATP (Adenosintrifosfato) como fuente de energa.

Los ribosomas estn formados por cido ribonucleico (ARN) y protenas, se presentan en forma abundante en el citoplasma celular agrupados en largas cadenas esfricas denominadas poliribosomas. En los ribosomas es donde se realiza la sntesis celular.

El no poseer una regin nuclear o nucleoide claramente definida es lo que las diferencia de las clulas eucariticas. El nucleoide est constituido fundamentalmente por cido desoxiribonucleico (ADN) asociado con ARN y protenas, es decir, es donde se encuentra la informacin gentica de la clula.

Las granulas son pequeos cuerpos constituidos por sustancias densamente compactadas que impiden su disolucin en el citoplasma. Cada granula contiene una sustancia especfica como glicgeno o polifosfato. El glicgeno, polmero de glucosa, sirve como energa a la clula, y el polifosfato, polmero de fosfato, constituye la fuente de fosfato para los procesos metablicos de la clula.

Las vesculas, son pequeas estructuras cubiertas o encapsuladas por una delgada membrana. En su interior se encuentran pequeas cantidades de gases. Las vesculas cumplen la funcin de controlar la profundidad a la cual la clula puede sumergirse.

Entre las estructuras externas que presentan algunas clulas procariticas se encuentran los flagelos, que son hebras muy finas que le permiten el movimiento a la clula. Otra estructura externa presente en las clulas procariticas es el Pili, una especie de filamento, compuesto de una protena llamada pilin, que es utilizado por la clula para adherirse a superficies. Aunque se muestra muy similar a un flagelo, el Pili no est asociado al movimiento o motricidad de las clulas procariticas.

Un gran nmero de clulas procariticas tambin presentan como estructura externa una cpsula que rodea la pared celular y cuya funcin es proteger la clula de ataques exteriores que intentan destruir la clula. Esta cpsula est compuesta de complejas molculas polisacridos que forman un gel de contextura ligera. Es importante sealar que cada cpsula de clulas procariticas posee una composicin qumica especfica y cuando la misma es destruida o no est presente en la clula, la hace ms vulnerable y menos infecciosa.

3.2. Clulas Eucariticas.Las clulas eucariticas son ms grandes y ms complejas que las clulas procariticas, la gran mayora posee un dimetro superior a los 10 m, y presentan en su estructura interna una serie de organelos bien definidos (Figura N 3). Debido a su mayor tamao poseen una menor relacin rea-volumen que las clulas procariticas. Las clulas eucariticas, constituyen la unidad bsica de todos los microorganismos pertenecientes al reino de los protistas superiores, tales como las algas, hongos y los protozoarios, as como tambin al reino animal y al reino vegetal.3.2.1. Estructura de las Clulas Eucariticas.Estas clulas poseen una serie de estructuras bien definidas u organelos, rodeados por la membrana celular. La membrana celular de las clulas eucariticas est constituida por los mismos fluidos de las clulas procariticas pero posee una mayor variedad de lpidos y su funcin principal es la de controlar el movimiento de sustancias dentro y fuera de la clula.

La estructura interna de las clulas eucariticas es ms compleja, pero a su vez ms organizada que las clulas procariticas. En la misma se presentan un gran nmero de organelos, entre los cuales se pueden mencionar: el citoplasma, el ncleo, las mitocondrias, los cloroplastos, los ribosomas, el retculo endoplasmtico, el aparato de Golgi, los lisosomas y las vacuolas, entre otros (Figura N 3).

El citoplasma en las clulas eucariticas ocupa un espacio mucho menor que en las clulas procariticas, debido a que dentro de l se encuentran el ncleo y una gran cantidad de organelos. Est constituido por una sustancia semilquida que contiene agua y otras sustancias disueltas, similar al citoplasma de las clulas procariticas.

El ncleo contiene una cantidad bien significativa de ARN, es decir, es el lugar donde se almacena la informacin gentica de la clula y sirve tambin como sitio en donde se desarrollan o ensamblan los ribosomas.

Las mitocondrias, tambin llamadas fuente de poder, son sin lugar a duda uno de los organelos ms importantes presentes en las clulas eucariticas, ya que son los encargados de llevar a cabo las reacciones oxidantes para capturar energa en el adenosintrifosfato o ATP, que es la energa usada por la clula para sus diversas actividades. Son numerosos en algunas clulas y presentan una estructura compleja con un dimetro de 1 m aproximadamente. Poseen dos membranas: una externa y otra interna. La interna encapsula todas las sustancias presentes en las mitocondrias y tiene forma de pequeos laberintos.

Figura N 3. Estructura de las clulas eucariticas (Fuente: http:/enfenix.webcindario.com).Algunas clulas eucariticas son capaces de realizar el proceso de la fotosntesis. Las capaces, presentan en su interior los cloroplastos, estructura similar a las mitocondrias, con la diferencia de que poseen internamente el pigmento denominado clorofila. Estos organelos son los encargados de capturar la energa solar durante el proceso de la fotosntesis.

Los ribosomas de las clulas eucariticas son ms grandes que los de las clulas procariticas, poseen cerca de 60% de ARN y de 40 % de protenas. Es all en donde se lleva a cabo la sntesis de las protenas utilizadas por la clula para su desarrollo. Estos organelos pueden encontrarse sueltos o conectados al retculo endoplasmtico.

El retculo endoplasmtico se presenta como una extensa red de membranas que forman numerosos tubos o vesculas en el citoplasma, que puede o no tener adheridos ribosomas. En el retculo endoplasmtico con ribosomas adheridos se producen las protenas mientras que en el retculo sin adherencias se sintetizan los lpidos.

El aparato del Golgi consiste en una vescula o cuerpo plano formada por la interconexin de una membrana, en el se reciben las sustancias que han sido sintetizadas en el retculo endoplasmtico. Esta vescula las almacena, y algunas veces modifica su estructura qumica original. Tambin ayuda a la formacin de las membranas celulares y de las membranas de otros organelos.

Los lisosomas son pequeos organelos cubiertos por una membrana protectora que contiene las enzimas necesarias para realizar la digestin de clulas muertas.

Las vacuolas son estructuras cubiertas de una membrana protectora en la cual se depositan y almacenan sustancias tales como almidn, glicgeno y grasas, que son despus utilizadas como fuentes de energa. Algunas vacuolas se forman cuando la clula ingiere partculas de alimento.

Las estructuras externas presentes en las clulas eucariticas, cumplen bsicamente dos funciones: movilidad y proteccin. Entre estas estructuras estn los flagelos, los cilios y las membranas o paredes celulares.

Los flagelos en las clulas eucariticas son ms largos y complejos que los flagelos en las clulas procariticas. Consisten en dos fibras centrales rodeadas por series de fibras perimetrales que a su vez estn contenidas dentro de una membrana exterior. El movimiento que produce este flagelo es muy diferente al que produce un flagelo de las clulas procaritica, ya que ste se mueve en forma de latigazo y el de las clulas procariticas se mueve en forma gancho rotativo. La gran mayora de los microorganismos compuestos de clulas eucariticas presentan un slo flagelo, pero existen casos en los cuales pueden poseer ms de dos flagelos.

Los cilios, son estructuras con el mismo patrn de fibras pero de menor tamao y ms numerosas. Estas realizan un movimiento coordinado, ms rpido que el realizado por los flagelos, que simula una ola.Un gran nmero de organismos unicelulares eucariticos poseen una membrana celular, sin pptido glicgeno en su composicin, que es un rasgo caracterstico de las clulas procariticas. Por ejemplo, la pared celular de las algas y de los hongos posee, bsicamente, celulosa u otro tipo de polisacridos. Debido a su composicin qumica la pared o membrana celular aporta rigidez y proteccin, evitando el derrame interno cuando el agua se mueve a travs de la clula proveniente del ambiente exterior. 3.3. Diferencias y Similitudes entre los Tipos de Clulas.La principal diferencia entre los dos tipos de clulas, es que las clulas procariticas no poseen un ncleo bien definido mientras que las eucariticas si lo poseen dentro de su estructura celular. Otra de sus ms visibles diferencias es que las clulas eucariticas tienen dentro de la membrana celular una serie de pequeas estructuras llamadas organelos o pequeos rganos, mientras que las procariticas no lo tienen.Estos tipos de clulas tambin poseen ciertas similitudes, por ejemplo, ambas poseen una membrana celular que las rodea y que define el borde de las clulas vivas. Tambin poseen la informacin gentica en las molculas de ADN (cido desoxirribonucleico) y poseen un metabolismo o proceso de formacin y ruptura de compuestos qumicos en la clula, similar. A continuacin se presenta la tabla N 5 en donde se muestran las principales similitudes y diferencias entre las clulas procariticas y las clulas eucariticas.

Tabla No 5. Similitudes y diferencias entre los tipos de clulas.

CaractersticaClulas ProcariticasClulas Eucariticas

Informacin GenticaEncontrada en un simple cromosomaEncontrada en un par de cromosomas

Ubicacin de la informacin genticaNucleoideEn la membrana que rodea al ncleo

NcleoAusentePresente

HistonesAusentePresente

Cromosoma adicional (ADN)En los plasmidiosEn los organelos, tales como la mitocondria y el cloroplasto

Membranas internasSolamente presente en los microorganismos fotosintticosExisten gran cantidad rodeando a los organelos

Retculo endoplasmticoAusentePresente

Enzimas respiratoriasLocalizadas en la Membrana celularEn la mitocondria

CloroplastosAusentePresente en algunos casos

Aparato de GolgiAusentePresente

LisosomasAusentePresente

CiliosAusentePresente como estructuras muy pequeas.

Fuente: Lim, D. Microbiology.

4. Clasificacin Simplificada de Microorganismos de Inters para los Ingenieros Ambientales.En lneas generales, la mayora de microorganismos encajan en el reino animal o en el vegetal, sin embargo existe un grupo de microorganismos que, por sus caractersticas celulares, no se corresponden a ninguno de los reinos antes mencionados. Es as como en 1866, Haeckel, recomienda que estos microorganismos sean incluidos en un nuevo reino denominado protista. En este reino se incluyen las bacterias, las algas, los hongos y los protozoarios. En la tabla N 6, se muestran los microorganismos clasificados segn el reino al que pertenecen y sus caractersticas celulares ms resaltantes.

Tabla N 6. Clasificacin de microorganismos segn el reino al que pertenecen de inters para el saneamiento ambiental.

ReinoMiembros representativosClasificacin celular

AnimalAnlidos o gusanos

Crustceos

RotferosOrganismos multicelulares, eucariticos

VegetalPlantas acuticas radiculadas

Plantas acuticas con semilla

Helechos

MusgosOrganismos multicelulares, eucariticos

Protistas superioresProtozoarios

Algas

HongosOrganismos uni o multi celulares, eucariticos, sin diferenciacin celular

Protistas inferioresBacterias

Algas verdi-azulOrganismos unicelulares, procariticos, sin diferenciacin celular

Fuente: Rheinheimer, G. Aquatic Microbiology.4.1. Helmintos, Gusanos o Anlidos.Son microorganismos parsitos multicelulares eucariticos que presentan simetra bilateral, poseen adems cabeza, cola y tejidos bien diferenciados en tres capas: ectodermos, mesodermis y endodermos (Figura N 4). Estos microorganismos pueden clasificarse en dos grandes grupos: los gusanos planos o platelmintos y los gusanos cilndricos o nematelmintos.

Figura N 4. Helminto, gusano o anlido (Fuente: www.cib.uaem.mx).Los platelmintos son gusanos primitivos, usualmente no ms gruesos de 1 mm, pero muy largos, ya que se han encontrado algunos con un tamao de 10 m. La gran mayora de estos gusanos son hermafroditas, es decir, poseen los sistemas reproductivos de los dos sexos. Ms de 15000 especies han sido incluidas en este grupo, muchos de stos viven libremente, otros se encuentran en ambientes acuticos y otros son parsitos obligados que se localizan principalmente en el intestino delgado de los animales de sangre caliente, entre los ms representativos est la Taenia Saginata, causante de la Teniasis.

Los nematelmintos, son gusanos con cuerpo cilndrico y de terminacin delgada, cubiertos de una capa protectora llamada cutcula. Se encuentran en diversos tamaos que van de 1 mm hasta a ms de 1 m., no son hermafroditas. Las hembras desarrollan mayor tamao que los machos y pueden llegar a poner ms de 200000 huevos por da, todos protegidos con un caparazn duro que le asegura su supervivencia. Se han identificado ms de 80000 especies de nematodos, y se cree que existen ms de un milln. Pueden vivir libremente en la naturaleza, se encuentran principalmente en el suelo, cursos de agua naturales y ambientes marinos. Otros parasitan insectos y plantas, y solo un pequeo nmero de ellos viven a expensas de los seres humanos, desarrollndose en el tracto intestinal, en el sistema linftico y en la sangre. Entre sus miembros representativos se puede nombrar la Trichinella spiralis, causante de la triquinosis.

4.2. Crustceos.Los crustceos son microorganismos quimioheterotrofos, es decir, que tanto su fuente de energa como su fuente de carbono es la materia orgnica. Multicelulares, aerobios, acuticos, su caracterstica fundamental es que poseen un exoesqueleto (Figura N 5). Sirven de alimento a los peces y pueden ser reservorios de agentes causales de enfermedades en seres humanos. Su importancia radica en el hecho de que pueden ser considerados como indicadores de la calidad ambiental en los cursos de agua.

Figura N 2.5. Fotografa de un crustceo (www.rednaturaleza.com/.../fotos/t399.jpg).

4.3. Rotferos.Los rotferos constituyen la forma ms sencilla de los animales multicelulares, son microorganismos aerobios, quimioheterotrofos, devoradores de bacterias y algas que deben su nombre a los cilios localizados en su cabeza (Figura N 6). Generalmente se encuentran en el efluente del tratamiento secundario o biolgico de las plantas de tratamiento de aguas residuales.

Figura N 6. Fotografa de un rotfero (es.encarta.msn.com).4.4. Protistas.Los microorganismos pertenecientes al reino de los protistas, tanto superiores como inferiores, juegan un papel de gran importancia para la sustentacin de la vida en nuestro planeta, ya que los protistas auttrofos capturan la energa solar y sirven de alimento a otros protistas hetertrofos, para los cuales la energa solar es daina. Otros descomponen y se alimentan de materia orgnica en descomposicin, transformndola en compuestos que pueden ser utilizados por otros organismos vivos. Los protistas sirven de alimento a peces y ostras, entre otros.

Algunos protistas pueden ser parsitos, y pueden causar enfermedades en los seres humanos tales como la disentera, la malaria, la leishmaniasis y la toxoplasmosis. Tambin, son los causantes de un fenmeno conocido como la marea roja, en la cual algunas especies de Gonyaulax o dinoflagelates producen una toxina que paraliza y mata a peces y delfines as como tambin produce irritacin en las membranas del sistema respiratorio en humanos.

Los protistas superiores son arreglos de diversos microorganismos que poseen una serie de caractersticas en comn, por ejemplo, son microorganismos unicelulares en su gran mayora, eucariticos (con clulas que tienen un ncleo bien definido y membranas que rodean a los organelos), microscpicos, con dimetros que van desde 5 m hasta 5 mm.

La clasificacin de los protistas se puede hacer segn sus semejanzas con los reinos de organismos microscpicos. En la tabla N 7, se presenta la clasificacin de los protistas superiores.

El nmero de microorganismos protistas presentes en el suelo varia en funcin del tipo y de las condiciones fsicas y qumicas del mismo. En el suelo se encuentran varias clases de bacterias, hongos, algas y protozoarios. Suelos con temperaturas adecuadas y cantidades apreciables de materia orgnica constituyen el sitio ideal para el desarrollo de los protistas. En los datos que se incluyen en la tabla N 8, se aprecia el nmero aproximado de microorganismos en diferentes niveles del suelo.

De esta tabla se puede concluir que las capas superiores presentan ms diversidad de microorganismos, porque son ms aireadas, y contienen ms materia orgnica que las capas ms profundas, las cuales son menos frtiles y ms anaerobias.

Tabla N 7. Clasificacin y propiedades de protistas superiores de inters en el estudio de aguas naturales y residuales

GrupoCaractersticasMiembros

Protistas que asemejan a plantas, algasPoseen cloroplastos y realizan la fotosntesis, viven en ambientes hmedos y soleados, la mayora posee pared celular y tienen una o dos flagelas para su movimiento.Euglena gracilis (agua natural), diatomeas (agua natural y ambientes marinos), dinoflagelados (ambientes marinos)

Protistas que asemejan a HongosLa mayora son saprofitos, pueden ser un o multi celularesMyxomycetos u Hongos lanosos

Protistas que asemejan a animales o protozoariosHetertrofos, la mayora unicelulares pero algunos forman colonias, pueden ser mviles o no, viven libremente en la naturaleza aunque existen algunos que son parsitos.Mastigophora o flagelados del genero de Trypanosoma, Leishmania, cryptosporidium y Giardia (agua dulce, agua salada, aguas residuales y efluente plantas de tratamiento) , Sarcodina o Seudpodos del genero de Entamoeba, Plasmodium Vivax (malaria), ciliophora o ciliados (Balantidium Coli, causa disentera)

Fuente: McCarty, P. et al. Environmental Biotechnology: principles and applications.Tabla N 8. Distribucin de ciertos protistas en el suelo.

Profundidad (cm)Bacterias aerobiasBacterias anaerobiasHongosAlgas

Organismos/gramo de suelo

3-87.800.0001.950.000119.00025.000

20-251.800.000379.00050.0005.000

35-40472.00098.00014.000500

65-7510.0001.0006.000100

135-1451004003.000-----

Fuente: Tortora, G. J. et al. Microbiology an Introduction.4.4.1. Algas.Los taxonomistas, algunas veces difieren en la clasificacin de las algas. Un gran nmero de stas estn incluidas en el reino de las protistas y en el reino de las plantas, pero tambin existen algas eucariticas que no deben confundirse con las algas verdiazul (cianobacteria) que son procariticas. Su principal caracterstica es que son microorganismos fotosintticos.Las algas se encuentran generalmente en las capas superficiales del terreno, donde haya agua y luz que les permitan realizar la fotosntesis. Las algas son auttrofas, es decir, utilizan como fuente de carbono el bixido de carbono (CO2).

Las algas causan malos olores y coloraciones al agua, por estas razones deben ser estudiadas y controladas en las Plantas de Purificacin de las aguas naturales, sin embargo son de gran utilidad en los procesos de oxidacin de la materia orgnica de las Plantas de Tratamiento de aguas residuales ya que proporcionan oxigeno al proceso.Entre las algas de inters para los ingenieros ambientalistas (Figura N 7), se pueden nombrar, las Clorofilas o algas verdes, las Crisfitas o algas marrones, las Rodfitas o algas rojas y las Xantfitas o algas amarillas.

4.4.2. Hongos.Son organismos hetertrofos no fotosintticos y aerobios que producen esporas y muchos de ellos son saprofitos, es decir, se alimentan de la materia orgnica en descomposicin. La gran mayora se desarrollan en sitios con condiciones extremas de humedad y pH y otros son parsitos que obtienen sus nutrientes de los tejidos de otros organismos vivos. La mayora de los hongos son multicelulares, como el caso del moho, pero tambin existen algunos unicelulares como el caso de la levadura.

Todos los hongos poseen, en su composicin qumica, enzimas Lisosomales, que les permiten descomponer clulas daadas y ayudar en la invasin de nuevas clulas.

La gran mayora de los hongos se reproducen sexualmente, pero, se ha observado el caso de la reproduccin asexual, en donde las clulas micticas se dividen produciendo nuevos hongos, tal es el caso de la levadura.

Los hongos siempre estn presentes en suelos aireados y orgnicos, ya que como son microorganismos hetertrofos, dependen de la cantidad de materia orgnica disponible para su desarrollo. Tambin se encuentran en suelos cidos, con pH inferiores 5,5, donde las bacterias no pueden subsistir. Los Penicillium y los Aspergillus son los hongos ms comnmente encontrados en el suelo.

Figura N 7. Diferentes tipos de algas acuticas (Fuente: www.fao.org).Los hongos son los principales microorganismos que descomponen, presentes en el ambiente, ya que transforman el carbono y nitrgeno en otros compuestos que pueden ser utilizados por otros organismos, es decir, contribuyen con los ciclos biogeoqumicos. Son utilizados para la produccin de antibiticos, como el caso del Penicillium notatum, un moho, y tambin en la produccin de alimentos, por ejemplo, el Penicillium roquefortii y el Penicillium camemberti, hongos empleados para darle el sabor caracterstico del queso Roquefort y Camembert respectivamente. Igualmente, las levaduras son empleadas para hacer pan, cerveza y vinos, ya que producto del metabolismo de los hongos, se libera dixido de carbono y alcohol.

Por otra parte, algunos de ellos son patgenos, como es el caso del hongo Histoplasma capsulatum causante de la Histoplasmosis, enfermedad en la cual el hongo se esparce a travs del sistema linftico provocando fiebres, anemia y en algunos casos la muerte. Algunos hongos producen lesiones cutneas superficiales y subsuperficiales en el ser humano y la gran mayora se pueden considerar perjudiciales a las plantas.

Para el estudio de los hongos en el laboratorio se emplea el medio de cultivo agr de Sabouraud, propuesto por el miclogo francs del cual recibe el nombre. Bajo condiciones ptimas se logra el crecimiento de hongos en un lapso de 2 a 4 semanas, lo que implica que los hongos tienen un crecimiento lento si se comparan con las bacterias que generalmente crecen en 24 horas.

De la clasificacin general de los hongos, los presentes en aguas naturales y residuales, resultan de inters para los ingenieros ambientales. Entre ellos se tienen, los Mixomicetos u hongos lanosos y los Ficomicetos u hongos acuticos (figura N 8).

Figura N 8. Hongos acuaticos (Fuente: br.geocities.com/.../phycomycetes.jpg).4.4.3. Protozoarios.Son microorganismos multicelulares hetertrofos aerobios, anaerobios y facultativos que viven libremente en la naturaleza. Al igual que las algas, los protozoarios se encuentran en las capas hmedas superficiales del suelo, donde otros microorganismos como las algas y bacterias le sirven como fuente de alimento. Los protozoarios son de gran utilidad en los procesos biolgicos de tratamiento de las aguas residuales.

Los protozoarios son ms grandes en orden de magnitud que las bacterias y son en su gran mayora patgenos, como la Entamoeba histolytica, causante de la Disentera amibiana, la Giardia Lamblia causante de la Giardiasis (Figura N 9), la Naegleria fowleri causante la de Meningoencefalitis y el Plasmodium vivax causante de la Malaria (Figura N 10). Estos microorganismos llegan al ser humano a travs de aguas contaminadas con heces fecales. Los protozoarios flagelados, como por ejemplo, el Allantion y el Tetramitus, son los ms frecuentes en ambientes terrestres.

Figura N 9. Protozoario causante de la Giardiasis (Fuente: mx.geocities.com/tepahtiani/giardia2.jpg).

Figura N 10. Protozoo causante de la Malaria (Fuente: upload.wikimedia.org/.../200px-Malaria.jpg).

4.4.4. Bacterias.Las bacterias son los microorganismos unicelulares ms abundantes en el suelo, pero tambin pueden encontrarse en otros ambientes tales como los cursos de aguas naturales, las aguas residuales, el aire, en las plantas, en los animales y en los seres humanos, entre otros. Es por esta razn, que en la masa seca de una bacteria existen elementos qumicos abundantes en la naturaleza tales como el carbono, nitrgeno, azufre, fsforo, oxgeno e hidrgeno.

Las bacterias son los microorganismos responsables de los cambios bioqumicos que ocurren en la naturaleza, generalmente se encuentran en suelos con pH comprendidos entre 6 a 8 unidades. Las bacterias pueden ser mviles o no y pueden ser esporuladas o no (Figura N 11).

Figura N 11. Estructura de una bacteria (Fuente: recursos.cnice.mec.es).

Las bacterias, segn sus requerimientos de oxgeno pueden ser aerobias, anaerobias y facultativas. Entre los gneros de bacterias aerobias y facultativas encontradas en los suelos, estn las Arthrbacter, Pseudomonas, Agrobacterium, Alcaligenes, Flavobacterium, Streptomyces y Nocardia, mientras que entre las anaerobias se encuentran los Clostridium y los Desulfovibrio.

Clasificar las bacterias, puede ser una tarea difcil, ya que muchas de ellas poseen estructuras similares. Con el transcurrir del tiempo, los cientficos han logrado agruparlas segn su tamao, forma y arreglos, pero esta no es una clasificacin muy efectiva. Por lo tanto, se deben de utilizar varios criterios para poder intentar clasificar a las bacterias. Uno de los criterios que permiti agruparlas y diferenciarlas con relativa simplicidad, fue el criterio propuesto por Gram, basado en la coloracin o teido de bacterias. Otros criterios utilizados en la actualidad incluyen el estudio de sus propiedades tales como crecimiento, aspectos nutricionales, fisiologa, bioqumica y gentica bacteriana. Un resumen de estos criterios utilizados en la clasificacin de las bacterias se presenta en la tabla 9, mostrada a continuacin.

Tabla N 9. Criterios utilizados para la clasificacin de bacterias.

PropiedadConsideracin

MorfologaTamao y forma de la clula bacteriana, arreglos que presentan, presencia de flagelos, capsulas etc.

ColoracinGram-positivas, Gram-negativas

CrecimientoCaractersticas que presentan en los medios de cultivo (agr, caldo), morfologa de las colonias y aparicin de pigmentos mientras se cultivan.

Aspectos nutricionalesAuttrofas, hetertrofas, fuentes de energa, fuentes de carbono, fuentes de nitrgeno y requerimientos nutricional especiales.

FisiologaTemperatura (promedio y optima para vivir), pH (promedio y optima para vivir), requerimientos de oxigeno, requerimientos de sales, tolerancia a procesos osmticos, sensibilidad y resistencia a antibiticos.

BioqumicaNaturaleza de los compuestos celulares presentes en las paredes celulares, molculas de ARN, ribosomas, pigmentos y antgenos.

GenticaPorcentaje de ADN presente en la clula bacteriana

Fuente: Lim, D. Microbiology.

La utilizacin de estos criterios permite agruparlas en cepas que poseen caractersticas similares, y estas caractersticas permiten diferenciarlas de otros grupos o cepas. Para los diversos tipos de cepas bacterianas, los cientficos han encontrado una manera sencilla de determinar cuales son los miembros de una especie en particular, pero existen casos en los cuales se ha dificultado el trabajo de agrupacin. En la actualidad los estudios del ADN y protenas bacterianas, han permitido agruparlas en cepas de alguna especie existente o establecer una especie para ellas. Una cepa bacteriana consiste en los descendientes de un aislamiento simple en un medio de cultivo puro.

Segn la forma que presentan las bacterias se clasifican en tres tipos: esfricas o cocos (Figura N 12), bastones o bacilos (Figura N 13) y espirales o espirilos (Figura N 13). Cabe sealar que si la forma del bastn es curva recibe el nombre de vibrio (Figura N 13) y en el caso de presentar forma de espiral ms delgada y flexible recibe el nombre de espiroqueta (Figura N 13).

Figura N 12. Bacterias de forma esfricas o cocos (Fuente: recursos.cnice.mec.es).

Puede darse el caso de que una misma clase de bacteria vare en forma y tamao, esto es debido al hecho de que si existen gran cantidad de nutrientes en el ambiente, las clulas bacterianas se dividen rpidamente formando nuevas clulas de mayor tamao. Aunque la variacin en las formas que presentan las bacterias es muy limitada, pueden existir casos en los cuales las bacterias cambien su forma, este fenmeno poco usual recibe el nombre de pleomorfismo.

Figura N 13. Diferentes formas de bacilos (coli.usal.es).Adems de las formas caractersticas que presentan las bacterias, algunas veces se presentan en arreglos o grupos con caractersticas bien definidas, formadas especialmente cuando se encuentran en proceso de divisin de las clulas sin separacin, por ejemplo, un coco o bacteria de forma esfrica se puede dividir en dos, formando lo que se conoce con el nombre de diplococos, o pueden dividirse en ms de dos cocos formando cadenas, este arreglo recibe el nombre de streptococos (Figura N 14). Tambin se pueden agrupar en forma de racimos de uvas, este arreglo recibe el nombre de Staphylococos (Figura N 15). Para el caso de bacilos o espirilos, los mismos no se presentan en forma de arreglos multicelulares.

Figura N 14. Fotografa de un Streptococo (Fuente:www.juntadeandalucia.es).

Figura N 15. Fotografa de un Staphylococo (Fuente: www.scharfphoto.com).

Finalmente, cabe sealar que uno de los mtodos de clasificacin e identificacin de bacterias ms utilizado en la actualidad es el mtodo o manual de Bergey, propuesto por el presidente de la sociedad americana de microbiologa, David H. Bergey en 1923, el cual agrupa a las bacterias en 33 secciones o grupos, considerando en cada grupo caractersticas fcilmente observables de las bacterias, tales como: forma, reacciones de teido o coloracin, presencia o ausencia de pared celular, movilidad y modos de metabolismos entre otras.

Este manual ha sufrido una serie de modificaciones, hasta su ltima publicacin en 1984. En el apndice II, se muestra la tabla N II.1, en la cual solo se considerarn aquellas secciones del manual de Bergey que contienen informacin importante para los estudiantes de la asignatura saneamiento ambiental. Es decir, se har slo nfasis en el estudio de bacterias causantes de enfermedades relacionadas con el saneamiento ambiental, de origen hdrico y/o que sean de origen entero patgenas es decir, que se desarrollan en el tracto intestinal de animales de sangre caliente.

Las bacterias forman parte de los microorganismos encargados de guardar el equilibrio biolgico en nuestro planeta. Es por ello que su estudio es de gran importancia en el diseo de los procesos de tratamiento biolgico de las aguas residuales, adems de cumplir diversas funciones en diferentes mbitos como la agricultura, medicina y la minera entre otros.En la actualidad se han empleado bacterias, tales como Thiobacillus thioxidans o Thiobacillus ferrooxidans para la eliminacin de metales como cobre, plomo y zinc de los residuos de las actividades mineras, ya que utilizan el bixido de carbono como fuente de carbono y como fuente de energa utilizan el hierro o el azufre. Estas bacterias, de gran utilidad para la minera, transforman el hierro en forma de ion ferroso (Fe+2), a ion frrico (Fe+3), mientras que diferentes formas de azufre como azufre elemento (S0), sulfuros y tiosulfatos son oxidados a ion sulfato (SO4=). Tambin se consideran cidoflicas, es decir, que se encuentran y se desarrollan en ambientes cidos, con pH entre 2,5 y 5,8, como el caso de aguas termales y depsitos minerales con altos contenidos de azufre.

Tambin existen otras bacterias que utilizan los hidrocarburos del petrleo como fuente de carbono y energa para su desarrollo, tal es el caso de las Nocardia, Streptomyces y Pseudomonas, en particular la Psedomona putida. Estas bacterias son aerobias obligadas y no pueden degradar los hidrocarburos existentes en las capas profundas de la tierra, pero pueden ser empleadas para tratar los derrames de petrleo en los ambientes exteriores. El proceso de degradacin de estos hidrocarburos es efectivo pero muy lento.

Por otra parte, se tiene que el uso de pesticidas qumicos empleados en la agricultura han generado graves problemas a los ecosistemas, tal es el caso del DDT o de otros compuestos rgano-clorados, que son recalcitrantes, es decir, persisten en el ambiente por ms de 10 aos y pueden estar presentes en otros seres vivos a travs de la cadena alimenticia. Lo antes expuesto ha llamado la atencin de los investigadores hacia el desarrollo de tcnicas que emplean microorganismos, tales como bacterias, hongos y virus como pesticidas naturales. Tal es el caso de la bacteria Bacillus thuringiensis, Gram positiva que forma esporas y produce una protoxina txica para los insectos. Esta bacteria es empleada en la actualidad para el control de insectos en cultivos, rboles, plantas ornamentales y silos de almacenamiento, ya que no es patgena para los seres humanos.

Un nmero apreciable de bacterias son patgenas, es decir, causan enfermedades a los seres vivos. Entre las que se trasmiten por ingesta de agua contaminada se tienen, el Vibrio Cholerae causante del Clera (Figura N 16), la Salmonella typhosa causante de la Fiebre Tifoidea, la Shigella causante de la Disentera y la Escherichia coli causante de la Gastroenteritis bacteriana (Figura N 17), entre otras.

Figura N 16. Bacteria causante del Clera(Fuente: www.educarex.es).

Figura N 17. Fotografa de la E. coli (Fuente: thecrespo.cracked.com/.../20061030/bacteria.jpg).

4.5. Virus.Su nombre proviene del latn, y significa veneno, son agentes infecciosos tan pequeos que slo pueden ser vistos a travs del microscopio y slo pueden reproducirse si invaden a una clula viva, es decir, son parsitos obligados intracelulares (Figura N 18). No se pueden considerar clulas, ya que slo invaden a las mismas y modifican su comportamiento gentico. Los virus se multiplican dentro de las clulas vivas donde se alojan y dicha multiplicacin se realiza directamente por sntesis y/o por ensamblaje de componentes virales dentro de la clula para crear nuevos virus. Este procedimiento de ensamblaje y/o de replica se lleva a cabo en cinco pasos que son: la absorcin o adhesin a la clula, la penetracin o introduccin de la informacin gentica, la sntesis o transformacin de los procesos metablicos de la clula infectada, la maduracin o desarrollo de nuevos virus y la liberacin o esparcimiento de los nuevos virus.

Figura N 18. Virus infectando a una clula (Fuente: recursos.cnice.mec.es).

Cuando los virus se encuentran fuera de la clula, forman una unidad inerte de macromolculas, principalmente formadas por algn cido nucleico y por protenas. Los virus se diferencian de las clulas en diversos aspectos, entre los que se puede mencionar, por ejemplo, que las clulas contienen ADN y ARN, crecen y se dividen, mientras que los virus slo contienen un nico tipo de cido nucleico, bien sea ADN o ARN, no crecen y nunca se dividen.Los virus presentan la forma helicoidal y, en muchos casos, formas complejas de definir. Sus tamaos varan desde los virus bacterifagos con un dimetro de 5 nm hasta el virus causante del Sarampin con un dimetro de 250 nm. El suelo, adems de ser el reservorio de ciertos microorganismos como los protozoarios, sirve de refugio a ciertos virus como el virus de la hepatitis, que puede migrar desde el efluente de los tanques spticos hasta los reservorios de aguas subterrneas y as llegar a infectar a la poblacin.4.5.1. Componentes de un VirusLos principales componentes de un virus son el cido nucleico central y la capa protectora denominada cpsula, constituida por protenas. Ciertos virus tambin contienen enzimas y otros contienen una membrana o envoltura adicional.Todos los virus contienen un cido nucleico, bien sea el ADN o el ARN, que contiene su genoma o informacin gentica. El cido nucleico de una hebra y de dos hebras, puede presentar diversas formas: lineal, circular y segmentada.

La informacin gentica de los virus se encuentra cubierta por una capa o membrana llamada capsida, constituida por protenas especficas para cada virus. Su funcin es proteger el cido nucleico del ambiente exterior y darle forma al virus como tal, tambin puede ayudar al ataque de otros virus en el proceso de invasin de una clula. La capsida puede ser de forma helicoidal, de forma compleja o puede presentar una estructura geomtrica regular con 20 caras triangulares que forman una especie de concha o cscara que rodea al cido nucleico (Figura N 19).Algunos virus poseen una membrana adicional cubriendo su capsida y en muchos casos sta se desarrolla una vez que los virus invaden a la clula viva. Aunque se pueda creer que los virus que poseen esta membrana adicional son ms resistentes, esto no es totalmente cierto, ya que se ha demostrado que son ms vulnerables que los virus que poseen slo la capsida, en condiciones extremas de temperatura, a pH inferior a 6 o superior a 8 unidades, a la accin de desinfectantes tales como el cloro, perxido de hidrgeno, fenol y a la accin de las defensas naturales.

Figura N 19. Estructura de un virus (Fuente: www.laescolar.com).

Algunas protenas encontradas en la membrana adicional cumplen funciones muy especficas. Por ejemplo, si contienen glicoprotenas, cuya caracterstica principal es ser de forma alargada como una pa o espiga, pueden adherirse a la superficie de la clula. Otras juegan un papel importante en la fusin viral, otras protenas denominadas Matriz de Protena, encontradas dentro de la membrana adicional, contribuyen a darle forma a la estructura externa de la membrana.

4.5.2. Clasificacin Simplificada de los Virus.Los virus se pueden clasifican segn la estructura, tipo de cido nucleico que contienen y segn la forma que presentan. Esta clasificacin se muestra en la tabla N 10.

5. Principios de Parasitologa.Un parsito es un organismo que vive a expensas de otro organismo y puede causarle diversos tipos de dao a su hospedero. Muchos de los parsitos son patgenos y la parasitologa es la ciencia que se encarga del estudio de estos parsitos, en especial de los protozoarios, helmintos y artrpodos.

Los parsitos siempre han existido en la historia de la humanidad. A pesar del desarrollo de la tecnologa moderna y de los esfuerzos para combatirlos, se puede decir que existen en el mundo ms infecciones producto de parsitos que seres humanos. Estimaciones realizadas, plantean que de los 60 millones de personas que mueren cada ao, un cuarto es producto de parasitsis o de sus complicaciones.

Los parsitos se pueden clasificar en ectoparsitos, que viven en la superficie de otros organismos como las garrapatas o los piojos, y en endoparsitos, que viven dentro del cuerpo de otros organismos como los protozoarios y los helmintos. La mayor parte son parsitos obligados, es decir, que deben pasar gran parte de su ciclo vital en, o dentro, del hospedero para poder vivir. Existe tambin un pequeo numero de parsitos que viven libremente en la naturaleza y obtienen sus nutrientes de algn hospedero cercano, tal es el caso del hongo terrestre.

Tabla N 10. Clasificacin simplificada de los virus.

Clasecido nucleicoMembrana AdicionalFormaTamao(mm)MiembroEnfermedad producida

ARN

Clase IaUna hebra de ARNNo poseePolidrica30Enterovirus tal como el virus de la hepatitis A, el rotavirusPoliomielitis, infecciones gastrointestinales

ARN Clase IbUna hebra de ARNPoseePolidrica40-70TogavirusEncefalitis, Fiebre Amarilla, Dengue

ARN

Clase IIUna hebra de ARNPoseeHelicoidal12-15 x 150-300ParamyxovirusSarampin, paperas

ARN Clase IIIUna hebra de ARN segmentadaPoseeHelicoidal90-120OrthomyxovirusGripe, Gripe Aviar

ARN Clase IVDos hebras de ARN segmentadasNo poseePoliedral60-80ReovirusInfecciones respiratorias y gastrointestinales

ARN Clase VUna o dos hebras de ARNPoseeHelicoidal80-130RetrovirusSIDA

ADN Clase IaDos hebras de ADN en forma linealNo poseePoliedral70-90AdenovirusInfecciones respiratorias

ADN Clase IbDos hebras de ADN en forma linealPoseePoliedral150-200Virus del HerpesHerpes genitales y orales

ADN Clase IcDos hebras de ADN en forma linealPoseeForma compleja160-260x250-450Virus de la viruelaViruela

ADN Clase IIDos hebras de ADN en forma circularNo poseePoliedral45-55PapovavirusVerrugas

ADN Clase IIIUna hebra de ADN en forma linealNo poseePoliedral18-26ParvovirusRoseola

Fuente: Lim, D. Microbiology. Otra forma de clasificar los parsitos, es en funcin del tiempo o estada dentro del hospedero. As, por ejemplo, un parsito permanente es aqul que se aloja y vive en su hospedero desde el momento que lo invade, tal es el caso de muchos helmintos que son en general parsitos permanentes. Un parsito temporal, es aqul que solo se alimenta a expensas de su hospedero y se va, al igual que un parsito accidental, es aquel parsito que invade a un organismo que no es el que usualmente invade, como es el caso de los artrpodos, garrapatas, que invaden generalmente a perros y a otros animales domsticos, pero tambin pueden invadir al ser humano convirtindose en parsitos accidentales.

La mayora de los parsitos presentan mecanismos para contrarrestar las defensas de los organismos invadidos, entre ellos se pueden mencionar el enquistamiento, o la formacin de una capa protectora que los protege de las condiciones ambientales desfavorables, principalmente en el traslado de un hospedero a otro y el mecanismo de cambiar su propio antgeno superficial (molculas que provocan inmunidad) antes que el hospedero pueda desarrollar un nuevo anticuerpo (molculas que reconocen y destruyen antgenos). En forma similar, un parsito tambin puede obligar a que el sistema inmunolgico del hospedero desarrolle anticuerpos que no pueden destruir sus antgenos. Finalmente, se ha observado que muchos parsitos se localizan o invaden las clulas del hospedero, quedando fuera del alcance de los mecanismos de defensa del hospedero.Estos procesos ocasionan serios daos al hospedero, en el caso de los seres humanos pueden destruir tejidos en rganos internos, abrir perforaciones en la piel y bloquear o daar vasos sanguneos causando pequeas hemorragias, entre otros.

A travs del tiempo los parsitos han logrado adaptarse mejor a sus hospederos siendo menos destructivos, y han desarrollado medios para poder subsistir. Adems de los mecanismos de defensa ya mencionados, los parsitos han desarrollado mecanismos de reproduccin en forma acelerada, tal es el caso del hermafrodismo, que se presenta en ciertos helmintos, mecanismo por el cual un organismo posee ambos sistemas reproductivos (hembra y macho) o el mecanismo tpico de protozoarios, denominado esquizogonia, en el cual, mediante la fusin mltiple de clulas, cada nueva clula obtenida tiene la capacidad de infectar a nuevos hospederos.Entre las parasitosis ms importantes encontradas en Venezuela se pueden mencionar, la Bilharzia o Schistosomiasis producida por el Schistosoma mansoni, la Teniasis producida por la Taenia saginata, debido a la ingestin de carne mal cocida y contaminada, la Triquinosis, producida por la ingestin de carne de cerdo mal cocida contaminada con Trichinella spiralis, la Ascaridiasis producida por el Ascaris lumbricoides, y diversas parasitosis producidas por el Enterobius vermicularis, la Ancylostoma duodenale y el Necator americanus, entre otros, las cuales se presentan en la tabla N 11.

Tabla N 11. Parasitosis ms comunes de VenezuelaEnfermedadNombre del parasitoCaractersticas del parasitoLugar que invade en el huspedPuerto de entrada

BilharziaSchistosoma mansoni

TeniasisTaenia saginataGusano plano del ganado vacuno hasta 12 m de longitudIntestino delgadoBoca

TriquinosisTrichinella spiralisLarvas enquistadas en el cerdo de hasta 0,4 cm de longitudAdultos pared intestinal, quistes msculo estriadoBoca

AscaridiasisAscaris lumbricoidesGusano redondo de hasta 35 cm de longitudIntestino delgadoBoca

Erupcin cutneaEnterobius vermicularisOxiuros o gusanos pequeos y delgados de hasta 1,3 cm de longitudIntestino grueso, apndiceBoca

AnquilostomiasisAncylostoma duodenaleGusano redondo de hasta 1,3 cm de longitudIntestino delgado adherido a la mucosaPiel, generalmente de los pies

Uncinaria tropicalNecator americanusGusano redondo de hasta 1,1 cm de longitudIntestino delgado adherido a la mucosaPiel, generalmente de los pies

Erupcin serpiginosaLarva migransGusanos pequeos que crecen desde algunos milmetros a 2-5 cm al daPielPiel, generalmente de los pies

Fuente: Biagi, F. Enfermedades Parasitarias.6. Rol de los Microorganismos en la Calidad de las Aguas.La cantidad de microorganismos presentes en el agua es proporcional a la cantidad de materia orgnica disponible en la misma y a la disponibilidad de oxgeno y de luz para su desarrollo. Es por estas razones, que la mayora de los microorganismos, como las bacterias, tienden a crecer en la superficie del agua en vez del fondo. Estos crecimientos, cuando son exagerados, producen depreciaciones de los niveles de oxgeno, generando condiciones que causan malos olores y muerte de peces en los cursos de agua.

Por otra parte, se puede mencionar que si no existiesen los microorganismos, las sustancias qumicas txicas no podran ser recicladas en nutrientes para sustentar la vida en este planeta. Los microorganismos, principalmente las bacterias y los hongos, son los nicos capaces de descomponer compuestos orgnicos, evitando as la acumulacin de stos en el ambiente.

La calidad del agua se determina por tres aspectos fundamentales que son: la concentracin de qumicos solubles, la cantidad de coloides suspendidos (como la arcilla) y la cantidad de microorganismos presentes. La presencia de altas cantidades de nutrientes en los cursos de agua aumenta en un gran nmero la presencia de microorganismos en la misma. Los efluentes municipales e industriales sin tratamiento, descargados a las aguas, aumentan las concentraciones de nutrientes y por ende las poblaciones de microorganismos, entre los que se pueden tener los microorganismos patgenos causantes de enfermedades.Para el caso de los ocanos, stos poseen presiones osmticas elevadas, baja cantidad de nutrientes y bajas temperaturas, a medida que aumenta su profundidad. El pH tiende a ser alto, por lo que la poblacin bacteriana tiende a ser pequea. Generalmente los microorganismos con mayor presencia en los ocanos, son las algas y el fitoplancton. Con respecto a las aguas subterrneas, stas tambin presentan limitadas colonias de microorganismos, debido a que el flujo a travs de los poros del suelo, tiende a filtrar y eliminarlos.

6.1 Organismos Indicadores Empleados en el Monitoreo de la Contaminacin Bacterial de las Aguas.La determinacin de todas las clases de microorganismos presentes en el agua, es un proceso muy costoso e imprctico. Por lo tanto, el estudio se orienta a la determinacin de un grupo de microorganismos que se desarrollen en el intestino de animales de sangre caliente y sean transportados a travs de las heces fecales. Aunque no todos los microorganismos de origen fecal sean patgenos, este grupo demuestra que existe contaminacin fecal en las aguas.El grupo seleccionado es el grupo coliforme, en el que se encuentran bacterias aerobias y anaerobias facultativas, Gram negativas, que no forman esporas y que fermentan la lactosa, produciendo gas, al ser incubadas por un periodo de 48 horas a 35 grados Celsius. En este grupo se encuentran las Escherichias como la Escherichia coli, las Klebsiellas como Klebsiella pneumoniae y los Enterobacter como Enterobacter aerogenes.Dos mtodos se emplean para su determinacin: el mtodo del nmero ms probable y el mtodo del filtro de membrana. En el mtodo del nmero ms probable, se inoculan diferentes volmenes de muestra, por ejemplo; 10 mL, 1 mL y 0,1 mL, en un caldo que contiene lauril triptosa, a 35 grados centgrados durante 48 horas. Al final de este tiempo, se examinan aquellos tubos en los cuales haya produccin de gas, estos tubos presuntamente contienen coliformes (prueba presuntiva).

Posteriormente, el resultado es confirmado mediante la prueba o fase confirmativa, que consiste en inocular, de los tubos positivos del paso anterior, en otro medio de cultivo que contiene lactosa y bilis verde brillante. La produccin de gas en los tubos, despus de incubarlos a 35 0C durante 48 horas, confirma la presencia del grupo coliforme en la muestra. Existe una prueba adicional, que es la prueba complementaria, que consiste en inocular una muestra de los tubos positivos de la prueba confirmativa, en placas con Eosina azul de metileno (EAM). Este medio contiene, como su nombre lo indica, los tintes eosina y azul de metileno, que inhiben a la mayora de bacterias Gram-positivas. Las bacterias que estrictamente fermentan la lactosa producen colonias con un brillo verde metlico, causado por la acumulacin de esos tintes a pH bajo, mientras que las que dbilmente fermentan la lactosa producen colonias de color morado. Las colonias provenientes de los tubos con fermentacin de la lactosa son inoculadas nuevamente en tubos con caldo lauril triptosa. Aquellos tubos con produccin de gas en 48 horas, son considerados coliformes fecales.El mtodo de filtrado con membrana es utilizado cuando se quiere monitorear grandes volmenes de agua, es un mtodo que requiere de menor tiempo que el mtodo del NMP, pero slo se debe utilizar en aquellas aguas que contengan muy pocas sustancias insolubles ya que interfieren en la filtracin. En este mtodo, un volumen de agua conocido, generalmente 100 mL, es filtrado a travs de un filtro que contiene una membrana. Dicha membrana es luego colocada en una cpsula de Petri estril, durante 24 horas a 35 grados Celsius, con un medio de cultivo para el crecimiento selectivo de coliformes, como por ejemplo, el medio de cultivo M-Endo, que contiene sulfito de sodio, lauril sulfato de sodio y otros componentes que inhiben el crecimiento de bacterias Gram-positivas. En este mtodo las bacterias lactosas positivas forman colonias de un color rojo oscuro, debido a la produccin de cidos y aldehdos al reaccionar con el medio de cultivo. Aquellas bacterias productoras de cidos fuertes, como la E. coli, producen colonias con un brillo metlico. Las colonias son contadas para estimar la concentracin de coliformes en la muestra y estos resultados son considerados como definitivos, aunque es recomendable realizar las pruebas confirmativa y complementaria.Es importante sealar que en el grupo coliforme, existen bacterias que no son de origen fecal, eso quiere decir que si se realizan slo las pruebas de coliformes totales y stas dan positivo, esto no implica necesariamente la presencia de bacterias de origen fecal. Por esta razn, se deben realizar las pruebas para confirmar que existen coliformes fecales. Los coliformes fecales generalmente crecen a temperaturas de 44,5 grados Celsius, temperatura del intestino de animales de sangre caliente. Los coliformes fecales son fcilmente detectables en muestras que contienen un medio de cultivo EC (lactosa, sales de bilis que inhiben el crecimiento de las bacterias Gram-positivas). Las bacterias que fermentan la lactosa no se inhiben en el medio EC y producen gas durante el proceso.Los mtodos de coliformes fecales y totales son ampliamente utilizados en todo el mundo para establecer contaminacin con heces fecales en el agua, pero a travs de ellos no es posible detectar otros microorganismos patgenos tales como bacterias como el Vibrio cholerae o Salmonella enteritidis, protozoarios como la Giardia lamblia, la Entamoeba histolytica, y el Cryptosporidium y virus como el virus de la hepatitis, del polio y Enterovirus, que generalmente se presentan en muy pequeas cantidades en los cursos de agua naturales, lo que requiere concentrarlos previamente antes de realizar su deteccin y enumeracin. La identificacin de estos microorganismos se realiza por mtodos especficos que consumen mucho tiempo y son altamente costosos, ms que el mtodo del NMP, por esta razn, generalmente no son monitoreados en las aguas, a menos que exista evidencia de alguna epidemia.

7. Importancia de los Microorganismos para el Mantenimiento de la Vida en Nuestro Planeta, Ciclos Biogeoqumicos.Los microorganismos son los encargados de guardar el equilibrio biolgico en la tierra ya que incorporan, recirculan y transforman elementos qumicos vitales como el agua, el carbono, el nitrgeno y otros elementos del ambiente. Estos elementos necesitan ser transformados en otros compuestos no txicos para ser utilizados por otros organismos en su subsistencia.

Los microorganismos, principalmente bacterias y hongos, son los organismos que descomponen y que permiten estas transformaciones a travs de los ciclos biogeoqumicos, sin ellos se acumularan grandes cantidades de desechos en nuestro planeta.Los ciclos biogeoqumicos permiten la recirculacin y transformacin de la materia orgnica en nuestro planeta o, en otras palabras, permiten el reciclado de los compuestos qumicos txicos que luego son empleados por otros seres vivos para su desarrollo vital. El prefijo bio se refiere a organismos vivientes que son esenciales para la realizacin de los ciclos, el trmino geo se refiere a que se realizan en la tierra, mientras que el qumico se refiere bsicamente a los procesos qumicos que realizan los organismos vivos.

Los ciclos describen el movimiento de elementos qumicos a travs de la atmsfera o masa gaseosa que rodea el planeta, la litosfera o superficie terrestre y la hidrosfera. En la hidrosfera, el agua est continuamente en movimiento, reciclada y recirculada a travs del ciclo hidrolgico. Este ciclo comienza con la evaporacin del agua de los ocanos, lagos y otras fuentes superficiales, una vez que alcanza la atmsfera, se condensa y regresa a la superficie de la tierra mediante las precipitaciones. El agua se incorpora a los organismos vivos, mediante diversos procesos como la fotosntesis o la ingestin, dependiendo del metabolismo del mismo, mediante la evaporacin y la evapotranspiracin vuelve a la atmsfera donde se cierra este ciclo. Adems, ciertas cantidades de agua percolan la superficie terrestre almacenndose en los estratos subsuperficiales.

Los ciclos biogeoqumicos ms importantes, tanto aerobios como anaerobios, incluyen la transformacin de compuestos como el carbono, el nitrgeno, el azufre y el fsforo. Sin estos ciclos los elementos esenciales para la vida no se generaran y por ende no existira vida en este planeta.7.1. Ciclo del Carbono.El elemento qumico ms importante encontrado en la biosfera es el carbono. Constituye aproximadamente entre un 40 a un 50% de la masa de los tejidos, y es utilizado por los organismos vivos como fuente de alimento y energa. La mayor parte se encuentra almacenada en la tierra en forma de combustibles fsiles, como el carbn, el petrleo y el gas natural, el resto se encuentra como bixido de carbono (gas inerte, inodoro e incoloro), en los organismos vivos y/o disuelto en forma de carbonatos y bicarbonatos.

El ciclo del carbono involucra el empleo de tres tipos de microorganismos, los productores, los consumidores y los microorganismos que descomponen la materia orgnica.

Como se ha mencionado anteriormente, todos los compuestos orgnicos contienen carbono y todos los organismos vivos necesitan fuentes de carbono para su subsistencia. En la mayora de los casos, este elemento entra a los organismos productores en forma de bixido de carbono, CO2, disuelto en el agua o como gas presente en la atmsfera. Para el ser humano las fuentes de carbono son principalmente los alimentos que contienen azcares y almidn, provenientes tambin del bixido de carbono. Los compuestos de carbono tambin pueden ser depositados en el subsuelo, debido al proceso de descomposicin. El carbono est presente en el carbn mineral y en el petrleo y se utiliza posteriormente como energa a travs de su combustin. Ciertas rocas contienen grandes cantidades de este mineral en forma de carbonato de calcio (CaCO3), tal es el caso de la piedra caliza. El ciclo del carbono comienza con la fijacin del carbono atmosfrico o bixido de carbono, por los organismos productores fotoauttrofos como las cianobacterias, plantas y algas a travs de la fotosntesis, generndose otros compuestos orgnicos. En el siguiente paso del ciclo, organismos quimiohetertrofos u organismos consumidores, consumen estos compuestos para producir energa, que es liberada a travs del proceso de la respiracin. El ciclo se cierra cuando el bixido de carbono regresa a la atmsfera mediante la respiracin de los seres vivos, como producto de descomposicin de materia orgnica, por la combustin de compuestos orgnicos y en pequeas cantidades tanto por las emisiones volcnicas como por el desgaste de las rocas por accin atmosfrica.

Se estima que la cantidad de bixido de carbono disponible en la atmsfera es muy bajo, alrededor del 0,03 %, por esta razn, los procesos de recirculacin son vitales para mantener las cantidades necesarias de bixido de carbono en la atmsfera.

Uno de los problemas que atae a la humanidad en los actuales momentos, es el fenmeno atmosfrico denominado, Efecto Invernadero, producido por el exceso de bixido de carbono en la atmsfera, que al combinarse con el vapor de agua, genera una especie de capa sobre la superficie terrestre que impide que la radiacin solar, reflejada en la tierra, sea liberada nuevamente produciendo un incremento en la temperatura normal existente en la superficie terrestre. Es decir, la radiacin solar es capturada por esta capa de CO2 y vapor de agua. Las principales causas de este efecto son el excesivo uso de compuestos orgnicos, tales como el carbn y el petrleo, para la produccin de energa, as como tambin las constantes deforestaciones de bosques, ya que los mismos son los principales transformadores del CO2 a oxgeno, mediante la fotosntesis, en nuestro planeta.

7.2. Ciclo del Nitrgeno.El nitrgeno es un elemento, necesario en todos los organismos vivos para la realizacin de la sntesis de protenas, produccin de cidos nucleicos y otros compuestos vitales del desarrollo y crecimiento de estos organismos.

El nitrgeno molecular es un gas que se encuentra aproximadamente en un 80% en la atmsfera, pero a pesar de esta cantidad, sus formas combinadas, compuestos orgnicos e inorgnicos, se encuentran en pequeas cantidades en la litosfera e hidrosfera. En los suelos frtiles se puede presentar en ms de 74.000 toneladas por hectrea y anualmente entre 108 y 109 toneladas de nitrgeno son transformados en el ciclo del nitrgeno. A pesar de su abundancia los organismos eucariticos no pueden utilizarlo para su aprovechamiento, en forma de gas, requirindose su combinacin con otros compuestos qumicos, tales como el oxgeno y el azufre, para poder ser asimilado. Los compuestos originados por la combinacin qumica del gas nitrgeno, tales como el in amonio (NH4+) y el in nitrato (NO3-), son empleados en primera instancia por los organismos auttrofos en sus procesos metablicos.

En el ciclo del nitrgeno, ste es transformado en diversas formas por la accin de varios microorganismos. Principalmente se trata de microorganismos que descomponen, en especial las bacterias, las cuales, dependiendo de las funciones que cumplen, llevan a cabo varios procedimientos para realizar el ciclo del nitrgeno. Los procedimientos de transformacin se realizan en cuatro etapas que son: la fijacin del nitrgeno, la amonificacin, la nitrificacin y la denitrificacin.

Las bacterias que realizan las transformaciones del gas nitrgeno se pueden agrupar en tres categoras: fijadoras de nitrgeno, bacterias nitrificadoras y bacterias denitrificadoras.

En forma resumida, se puede afirmar que existen microorganismos que descomponen las protenas de las clulas muertas y generan aminocidos, otros que realizan la amonificacin de los aminocidos, cuyo producto final es el amonaco y otros que transforman el amonaco, mediante un proceso de oxidacin, en nitritos y despus en nitratos. Seguidamente, otros microorganismos como las bacterias nitrificadoras, obtienen su energa del empleo de los nitratos y finalmente, las bacterias denitrificadoras, reducen el nitrato a gas nitrgeno y el gas nitrgeno es convertido en amonaco por las bacterias fijadoras de nitrgeno, como las del gnero de Azobacter, Cianobacteria y la simbiosis entre las bacterias Rhizobium y Frankia. Es importante sealar que el amonaco y el nitrato, son las formas del nitrgeno que las plantas utilizan para su crecimiento y desarrollo.

7.2.1. Fijacin de Nitrgeno.A pesar de estar presente en grandes cantidades, el nitrgeno es un gas inerte que posee un triple enlace qumico, lo que dificulta su proceso de descomposicin, el cual se logra consumiendo grandes cantidades de energa. Este proceso de transformar el gas nitrgeno presente en la atmsfera en compuestos nitrogenados combinados, slo lo realizan ciertos microorganismos procariticos que fijan alrededor de un 90% del nitrgeno total. La fijacin del nitrgeno tambin se puede realizar en forma abitica, pero en muy pequeas cantidades, a travs de descargas elctricas, rayos ultravioleta, combustin artificial y produccin industrial de fertilizantes.

Las bacterias fijadoras del nitrgeno, principalmente ciertas especies de bacterias y las Cianobacterias, son capaces de realizar el proceso de fijacin del nitrgeno, reduciendo el nitrgeno gas (N2) presente en la atmsfera a amonaco (NH3). Este proceso de fijacin es de gran importancia para mantener los niveles de nitrgeno utilizables en nuestro planeta. Se estima que cerca de 250 millones de toneladas cbicas de nitrgeno son procesadas anualmente, de las cuales un 70% es procesado por las bacterias fijadoras. La energa necesaria para realizar este proceso proviene de la fermentacin, de la respiracin aerbica y de la fotosntesis. La frmula que representa qumicamente esta reaccin es:N2 + 8 H- ( 2 NH3 + H2La mayor parte de las bacterias fijadoras de nitrgeno son aerobias y viven libremente en el ambiente en asociaciones aisladas. En este grupo se incluyen diversas especies tales como las del gnero Azotobacterias, algunas bacterias Metilotrficas, la cianobacteria (alga verdi-azul) y las del gnero Rhizobium, Bradyrhizobium y Frankia que fijan el nitrgeno formando simples simbiosis con las plantas.Las Azotobacterias se encuentran en los suelos, son hetertrofas y su crecimiento depende de la cantidad de materia orgnica disponible. Las Metilotrpicas fijan el nitrgeno en varios substratos del suelo, en presencia de compuestos tales como el metano, metanol e hidrgeno, mientras que las Cianobacterias fijan el nitrgeno en presencia de sulfuro de hidrgeno, H2S, es decir, se encuentran en ambientes con cantidades apreciables de azufre, como las aguas termales.

Una de las simbiosis ms representativas para la fijacin del nitrgeno, es la que existe entre las bacterias del gnero Rhizobium y las plantas. Estas bacterias viven en los ndulos radiculares de ciertas plantas, en especial las legumbres y los granos. En esta simbiosis la planta se beneficia de la bacteria, obteniendo el nitrgeno en su estado no txico y las bacterias se benefician ya que obtienen nutrientes de la planta.

Tambin existe un gran nmero de bacterias anaerobias facultativas fijadoras de nitrgeno, entre ellas las Klebsiellas y los Enterobacter, localizadas en el intestino de animales de sangre caliente, as como tambin bacterias anaerobias como las del gnero de los Clostridium, Desulfovibrio y Desulfotomaculum, localizadas en suelos lodosos.

Cabe sealar, que todas las bacterias fijadoras de nitrgeno fijan mejor el nitrgeno en un rango de pH comprendido entre 5,5 y 6,5, aunque pueden vivir en un rango de pH entre 4,5 y 8,5, a excepcin de las Desulfovibrio y las Desulfotomaculum que fijan el nitrgeno en un rango de pH comprendido entre 7 y 8.

7.2.2. Amonificacin.La amonificacin constituye el primer paso en el proceso de descomposicin de los compuestos orgnicos nitrogenosos, como las protenas o complejas molculas de aminocidos, generndose como producto final el gas amonaco (NH3), el cual, al solubilizarse en agua, se transforma en el in amonio (NH4+). Generalmente, en ambientes bsicos, la especie predominante es el gas amonaco mientras que en ambientes cidos es el in amonio. En el proceso de descomposicin de las protenas presentes tanto en los organismos muertos como en los desechos fisiolgicos, los microorganismos utilizan diversas enzimas proteolticas para separar los grupos aminos presentes en los aminocidos, y convertirlos en molculas ms sencillas, como el amonaco o el in amonio, y liberarlos nuevamente a la atmsfera en forma de gas nitrgeno. Este proceso lo realizan principalmente bacterias y hongos, presentes en suelos aireados.

Finalmente, el amonaco liberado es inmediatamente reciclado en materia orgnica, consumido y asimilado por los organismos vivos. El amonaco es un gas que se dispersa rpidamente en suelos secos, y en suelos hmedos se disuelve en el agua generando la presencia del in amonio, tal como se muestra en la siguiente reaccin qumica:NH3 + H2O ( NH4+ + OH -

7.2.3. Nitrificacin.La nitrificacin es la oxidacin del in amonio, o del amonaco, a in nitrato realizada por las bacterias nitrificadoras en dos fases. En la primera, las bacterias del gnero de las Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus y Nitrosospira, oxidan el in amonio o amonaco a nitrito y luego, en la segunda fase, las bacterias del gnero de las Nitrobacter, Nitrococcus y Nitrospira convierten al in nitrito, mediante un proceso de oxidacin, en in nitrato. Estas bacterias obtienen energa de estas reacciones, son auttrofas, es decir, fijan el CO2 en sus metabolismos, son Gram negativas y tienen forma de bastoncito. Su gran importancia dentro del ciclo proviene del hecho de ser capaces de transformar el amonaco que es txico para las plantas, en el in nitrato, compuesto esencial para el metabolismo y fuente de nitrgeno para realizar la sntesis de protenas de las mismas. Las reacciones qumicas de la nitrificacin se presentan a continuacin:NH4+ + 3/2 O2 ( NO2- + H2O + 2 H+ + energa

NO2- + 1/2 O2 ( NO3- + energa

Como se puede observar en las reacciones anteriores, el oxgeno es un elemento indispensable para la realizacin de este proceso y por lo tanto, estas reacciones ocurren en suelos y aguas con altas concentraciones de oxgeno. Cabe sealar que es indispensable que ambas reacciones se lleven a cabo, ya que el in nitrito es txico para las plantas. Para lograr este fin, se requiere la presencia de ambos grupos de bacterias, que convierten el amoniaco en in nitrato, no txico a las plantas y evitan la acumulacin del in nitrito en los suelos. Es de hacer notar que, aunque las plantas pueden utilizar el in amonio como fuente de nitrgeno, es de ms fcil asimilacin el in nitrato, razn por la cual es importante que se realice la transformacin completa. El in nitrato producido en los suelos por la nitrificacin, a diferencia del in amonio cargado positivamente, no se queda retenido fcilmente en los suelos debido a su carga negativa ya que la carga negativa de las arcillas presentes en el suelo hacen que se repelan y sean lavados de los suelos cuando se produce la escorrenta y/o el flujo subsuperficial de las aguas.

Finalmente, se puede mencionar que el proceso de la nitrificacin ocurre mejor si las condiciones del medio tienden a un pH neutro.7.2.4. Denitrificacin.En varias partes del ciclo del nitrgeno este elemento es fijado o removido mediante el proceso de la denitrificacin. Luego se completa el ciclo devolviendo el nitrgeno en forma de gas al ambiente. La denitrificacin es el proceso realizado por las bacterias denitrificantes, en el cual, el in nitrato es oxidado a xido de nitrgeno y luego este compuesto es convertido en gas nitrgeno. La reaccin qumica correspondiente es:NO3- ( NO2- ( N2O ( N2

La Denitrificacin es un proceso netamente anaerbico que ocurre tanto en suelos lodosos con pequeas cantidades de oxgeno, que inhiben la sntesis del in nitrato, como en ambientes casi anoxicos, es decir, en ambientes que no presentan ningn tipo de oxidante.

En condiciones anaerobias, condicin optima para la reduccin del in nitrato a gas nitrgeno, el in nitrato sirve de oxidante o de aceptor de electrones en vez del oxgeno, por lo que el in nitrato es reducido a gas nitrgeno.

La denitrificacin es realizada principalmente por bacterias del genero de las Pseudomonas, as como tambin existen otras bacterias, como las Alcaligenes, Bacillus, Flavobacterium, Thiobacillus y Achromobacter, que tambin realizan la denitrificacin pero en menor grado. Las bacterias del genero Achromobacter, aunque usualmente son aerobias, en ausencia de oxgeno utilizan el in nitrato como fuente de oxgeno o como aceptor final de electrones. Debido a la perdida de nitrgeno, por liberacin a la atmsfera, la denitrificacin es un proceso desfavorable a los suelos, ya que disminuye su fertilidad.

La denitrificacin es un proceso poco recomendable o daino para las plantas, ya que reduce la cantidad de nitrato de los suelos disminuyendo su fertilidad, sin embargo, es un proceso indispensable dentro del ciclo del nitrgeno, ya que a pesar de sus aspectos negativos produce la recirculacin del nitrgeno a travs de los ecosistemas naturales. Tambin se le atribuyen las perdidas significativas del nitrgeno aplicado como fertilizante en los suelos. Otro de sus efectos desfavorables es la produccin de xido de nitrgeno (N2O), el cual se convierte en xido ntrico (NO) en la atmsfera, que ayuda al deterioro de la capa de ozono, capa protectora de los rayos ultravioletas provenientes del sol.

7.3. Ciclo del Azufre .Este ciclo es muy semejante al ciclo del nitrgeno y muestra el movimiento del azufre, elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, a travs de un ecosistema. El azufre se encuentra en la naturaleza como parte de los combustibles fsiles, los cuales al ser utilizados oxidan el azufre a bixido de azufre (SO2), el cual es txico. Otro problema es que en la atmsfera, este xido se combina con el agua y forma cido sulfuroso (H2SO3), lo que causa las llamadas lluvias acidas, que producen problemas de corrosin en el ambiente y puede causar problemas de salud en los seres humanos. En la actualidad las emisiones de bixido de azufre (SO2) son controladas y monitoreadas en los pases desarrollados.

El azufre tiene su origen en forma natural y se encuentra bsicamente en tres estados de oxidacin, que son:

Como azufre, S, con estado de oxidacin cero.

Como sulfuro inorgnico, S-2, con grado de oxidacin menos dos.

Como in sulfato, SO4-2, con grado de oxidacin ms seis.

El azufre tambin es un componente esencial dentro de las clulas vivas, ya que forma parte de los aminocidos, de las encimas y de otras partes de la clula. Las plantas y los animales utilizan el azufre en su forma inorgnica, slo los microorganismos son capaces de asimilar el azufre en su estado elemental, transformarlo y reciclarlo en el ambiente. Estos procesos lo realizan bsicamente los microorganismos fototrfos y los quimiotrfos. Los fototrfos, bacterias comnmente encontradas en ambientes ricos en azufre como la Beggiatoa y el Thiothrix, emplean el sulfuro de hidrgeno como fuente de electrones para realizar sus procesos metablicos, mientras que los quimiotrfos, emplean tanto el elemento azufre como el in sulfuro como fuente de energa. En el ciclo del azufre, el grupo sulfdrilo, encontrado en ciertas protenas de organismos muertos, es transformado en primera instancia en sulfuro de hidrogeno (H2S) por una gran variedad de microorganismos. Seguidamente este gas txico para los organismos vivos, es oxidado rpidamente a azufre y finalmente el azufre es oxidado a in sulfato (SO42-), forma de azufre ms utilizada, tanto por las plantas como por los animales, para su desarrollo vital.

Este proceso es completamente anlogo al proceso de nitrificacin, y es de vital importancia en ambientes acuticos, donde el sulfato es un in comn, caso particular de las aguas de los ocanos.

Al igual que el ciclo del nitrgeno, y dependiendo de la funcin que realizan las bacterias en el ciclo del azufre, pueden ser clasificadas en: sulfato reductoras, reductoras del azufre y oxidantes del azufre.

Las bacterias sulfato reductoras, reducen el in sulfato a sulfuro de hidrgeno, probablemente se encuentran entre las formas de vida ms antiguas de nuestro planeta, ya que ciertos estudios han determinado su presencia en el planeta por ms de 3 billones de aos. En este grupo se encuentran bacterias anaerobias comnmente encontradas en ambientes acuticos anxicos del gnero Desulfovibrio, Desulfomonas y Desulfotomaculum. Estas bacterias emplean el in sulfato como aceptor final de electrones en los procesos anaerobios, como lo hace el oxgeno en los procesos aerobios. Las bacterias del gnero de las Desulfovibrio, son empleadas en la actualidad en los reactores biolgicos que tratan las aguas cidas provenientes de las minas de carbn en los E.E.U.U., debido a que reducen el sulfato, neutralizando los cidos del agua y precipitando sales metlicas.

Por otra parte, la reduccin del azufre a sulfuro de hidrgeno lo realizan ciertas bacterias, que al igual que las sulfatos reductoras son anaerobias. Estas bacterias utilizan el azufre intracelular o extracelularmente como aceptor de electrones en los procesos de fermentacin, que proporcionan energa a los microorganismos para realizar la fotosntesis en ausencia de luz solar.

Las bacterias oxidantes del azufre transforman el azufre en in sulfato, que es utilizado por otros organismos vivos. Estas bacterias presentan una gran actividad metablica en suelos y ambientes acuticos. Tambin contribuyen a disminuir el pH de los suelos, requirindose en ciertos casos de la adicin de ms azufre, para que acte como alcalinizante y evite las disminuciones abruptas de pH en el suelo.Otras bacterias oxidantes como el Thiobacillus Thiooxidans, se encuentran en ambientes con altas concentraciones de azufre como las minas de carbn y llevan a cabo el proceso de oxidacin de diversas formas de azufre, como el sulfuro de hidrgeno, sulfato ferroso y el elemento azufre a sulfato, que en presencia de agua produce cido sulfrico (H2SO4). Cuando este cido se ioniza, produce disminuciones apreciables del pH en el ambiente, algunas veces llega alcanzar valores de pH entre 1 y 2 unidades, lo que genera serios daos en el ambiente y mata a peces y otros organismos, llamando la atencin de los ingenieros ambientalistas.

Cabe sealar, que el in sulfato tambin se puede formar durante la oxidacin anaerobia de sulfuros y tiosulfatos. Este proceso lo realizan ciertas bacterias fotosintticas que usan estos elementos, en vez del agua, como agentes reductores para la fijacin del bixido de carbono, CO2.

7.4. Ciclo del Fsforo.Adems de los ciclos biogeoqumicos antes mencionados, existen otros ciclos de recirculacin de compuestos en el medio ambiente. Pequeas trazas de elementos presentes, principalmente en la materia orgnica en descomposicin, son extradas por los microorganismos y transformadas en compuestos tiles para otros seres vivos. Tal es el caso del fsforo, que se transforma de su forma inorgnica a su forma orgnica y es de gran importancia, ya que las fuentes de fsforo son limitadas en muchos ambientes.

Este ciclo es realizado por los microorganismos presentes en el suelo en dos etapas, la primera, mediante la ruptura de los fosfatos orgnicos, presentes en el cuerpo muerto de organismos, y su subsiguiente transformacin en fosfato inorgnico, y la segunda, mediante la transformacin de este ltimo compuesto en forma de ortofosfato (PO43-), nutriente soluble en agua empleado por animales y plantas para su desarrollo.

El fsforo es un elemento indispensable para la vida, se encuentra en el plasma de las clulas vivas, ayuda a la formacin de los cidos nucleicos y es un compuesto altamente energtico.

El fsforo es un elemento reactivo que no se presenta en forma libre en la naturaleza, es decir, siempre est asociado a otros compuestos formando sales, como las sales de calcio, hierro, magnesio y aluminio. En el cuerpo humano, se estima que la cantidad de fsforo presente es de alrededor de 500 gramos, la mayora presente en forma de fosfato de calcio en dientes y huesos.

El fsforo, aunque se encuentra en la naturaleza, constituye un factor limitante para el crecimiento de organismos eucariticos y procariticos, ya que generalmente est presente en forma insoluble. La solubilidad de las sales de fosfato slo ocurre por la accin de los cidos orgnicos generados durante los procesos metablicos de los microorganismos.

Finalmente, a continuacin se presentan en forma grafica los ciclos biogeoqumicos, tanto aerobio como anaerobio que ocurren en la naturaleza.

Figura N 20. Ciclo Biogeoqumico aerobio.

Figura N 21. Ciclo Biogeoqumico anaerobio.

8. Agentes Fsicos para la Eliminacin de los Microorganismos.Antes de describir los diferentes procesos fsicos para la eliminacin o destruccin de microorganismos, principalmente patgenos, es conveniente definir los trminos esterilizacin y desinfeccin.

La esterilizacin es el proceso mediante el cual se eliminan, matan o eliminan por completo todos los microorganismos presentes en un medio o en un objeto, mientras que la desinfeccin es el proceso mediante el cual se reduce el nmero de microorganismos patgenos hasta un punto en el que no son capaces de generar enfermedades.

Entre los agentes fsicos ms utilizados para la destruccin de microorganismos estn el vapor seco, el vapor caliente y el proceso de pasteurizacin. El vapor seco destruye a los microorganismos oxidando las molculas y el vapor caliente destruye mediante la desnaturalizacin de protenas o rompimiento de los puentes de hidrgeno presentes en las molculas. Sin embargo, al aplicar una tcnica combinada de vapor caliente sometido a presin, se produce una de las tcnicas ms eficaces para la eliminacin de microorganismos. Esta tcnica destruye adems los cidos nucleicos presentes en las clulas microbiales debido a sus propiedades de penetrar estratos celulares ms profundos.

El equipo para realizar esta esterilizacin es el Autoclave, en l, el agua es calentada a una temperatura interna de 121 grados Celsius, manteniendo una presin de 15 p.s.i por encima de la presin atmosfrica durante 15 a 20 minutos, es decir, se genera una presin de 30 p.s.i (15 p.s.i de presin atmosfrica y 15 p.s.i por encima de la presin atmosfrica). A esta temperatura se destruyen tanto las esporas de microorganismos como las estructu