Luz Valencia Erazo M.Sc.Microbiología de los Alimentos I

Introducción a la Microbiología y significado de los

microorganismos en la naturaleza

Es la ciencia encargada del estudio y análisis delos microorganismos, seres vivos pequeños no visibles al ojohumano, también conocidos como microbios. Se dedica a estudiarlos organismos que son sólo visibles a través del microscopio:organismos procariotas y eucariotas simples.

MICROBIOLOGÍA

PARASITOLOGÍA

Es una rama de la biología que estudia el fenómeno del parasitismo. Por unlado, estudia a los organismos vivos parásitos, y la relación de ellos con sushospedadores y el medio ambiente. Convencionalmente, se ocupa solo de losparásitos eucariotas como son los protozoos, helmintos (trematodos,cestodos, nematodos) y artrópodos; el resto de los organismos parásitos(virus, procariotas y hongos) tradicionalmente se consideran una materiapropia de la microbiología. Por otro lado, estudia las parasitosis oenfermedades causadas en el hombre, animales y plantas por los organismosparásitos.

MICROBIOLOGÍA DE ALIMENTOS

La microbiología de alimentos es una rama de la microbiología que se encarga delanálisis de la composición microbiana de los alimentos, mediante técnicasestandarizadas que permiten la detección de diferentes agentes microbianos. Estadisciplina asume el análisis de aspectos positivos que tienen los microorganismossobre los alimentos, como la producción de alimentos gracias a microorganismos ytambién de aspectos negativos que tienen los microbios sobre los alimentos, comola descomposición de productos alimenticios y la causa de enfermedades hacía laspersonas que consumen alimentos contaminados con microorganismos.

Es un ser vivo, o un sistema biológico, que solo puede visualizarse con elmicroscopio. Son organismos dotados de individualidad que presentan, a diferencia delas plantas y los animales, una organización biológica elemental. En su mayoría sonunicelulares, aunque en algunos casos se trate de organismos cenóticos compuestospor células multinucleadas, o incluso multicelulares. El concepto de microorganismoes operativo y carece de cualquier implicación taxonómica o filogenética dado queengloba organismos unicelulares y pluricelulares no relacionados evolutivamenteentre sí, tanto procariotas (como las bacterias), como eucariotas (como los protozoos),una parte de las algas y los hongos, e incluso entidades biológicas acelulares detamaño ultramicroscópico, como los virus o los priones.

MICROORGANISMOS

Es la ciencia que trata de los seres vivos muy pequeños,concretamente de aquellos cuyo tamaño se encuentra por debajodel poder resolutivo del ojo humano. Dichos organismos puedenreproducirse, ingerir y metabolizar sustancias alimenticias, excretarproductos de desecho, reaccionar a cambios del ambiente y llevara cabo cambios genéticos. Los virus son sustancias acelulares,parásitos obligados compuestos de ácidos nucleicos y proteínas yestán en la frontera entre la materia viva e inerte.

HISTORIA

La Microbiología, considerada como unaciencia especializada, no aparece hasta finalesdel siglo XIX.

1 periodoespeculativo

2 periodoobservacional

3 periodoexperimental

4 periodoCiencia aplicada

Antigüedad 1600 mediados siglo XIX finales siglo XIX

• Primer periodo, eminentemente especulativo.

Segundo periodo, desde l675 hasta la

mitad del siglo XIX). Descubrimiento de

los microorganismos por Leeuwenhoek

(l675).

Miasmas Hipócrates Generación espontánea

Galileo Galilei . Primer microscopio

simple

• Tercer periodo, de cultivo de microorganismos, que llegahasta finales del siglo XIX, donde las figuras de Pasteur yKoch encabezan el logro de cristalizar a la Microbiologíacomo ciencia experimental bien asentada.

HISTORIA

• Cuarto periodo (desde principios del siglo XX hasta nuestrosdías), en el que los microorganismos se estudian en toda sucomplejidad fisiológica, bioquímica, genética, ecológica,etc., y que supone un extraordinario crecimiento de laMicrobiología, el surgimiento de disciplinas microbiológicasespecializadas (Virología, Inmunología, etc), y la estrechaimplicación de las ciencias microbiológicas en el marcogeneral de las Ciencias Biológicas.

Objetivos de la Microbiología

•Caracterizar las enfermedades infecciosas y susmecanismos de patogenicidad;

• Entender el fundamento del tratamiento terapéutico,de la higiene y tecnología de los alimentos, de lasaplicaciones industriales y ambientales de losmicoorganismos, etc.

Universidad de Navarra - Departamento de microbiología y parasitología (Julio 2005)

Objetivos de la Microbiología

• Conocer la estructura de los m.o.

• Conocer la biología de los microorganismos: su multiplicación; fisiología;mecanismos genéticos; taxonomía; sensibilidad a los agentes físico-químicos; poder patógeno

• Estudiar sus actividades en la naturaleza con objeto de aplicarlas para elbeneficio humano.

• Familiarizarse con los distintos instrumentos y técnicas que se utilizan parael conocimiento de esta ciencia: la importancia del trabajo en condicionesde esterilidad práctica; el manejo de los instrumentos y técnicas másutilizados en la práctica rutinaria en Microbiología; los métodos de cultivo,aislamiento, identificación y conservación de los microorganismos; lastécnicas aplicables al diagnóstico microbiológico.

Relación de la Microbiología con otras asignaturas de la carrera.

Tecnología de Alimentos

Tecnología de ingredientes

Biotecnología

Nutrición

Enfermedades de gran prevalencia

Farmacología

Dietoterapia

Visión general del mundo microbiano

Imagina un mundo sin bacterias…..

¿Qué diferencia habría con el mundo actual?

No todos smos son ógenos para el hombre.

Visión general del mundo microbiano

El ecosistema es el conjunto de especies de un área determinada que

interactúan entre ellas y con su ambiente abiótico; mediante procesos como

la depredación, el parasitismo, la competencia y la simbiosis, y con su

ambiente al desintegrarse y volver a ser parte del ciclo de energía y de

nutrientes.

Son pieza fundamental en el ecosistema terrestre!!!

Las especies del ecosistema, incluyendo bacterias, hongos, plantas

y animales dependen unas de otras

La gran mayoría de los estudios se centran en aquellos m.oque causan enfermedades.

Al convivir con el mundo microbiano, generamos una serie de

relaciones con ellos que rara vez terminan en enfermedad.

“Depende de un delicado equilibrio entre el huésped y los

microorganismos y por lo tanto, de las variaciones de las condiciones del

medio. Este equilibrio es lo que marca la profunda diferencia entre la

salud y la enfermedad, entre la vida y la muerte”.

Guerrero y Berlanga.

En múltiples ocasiones, esta relación es imperceptible.

Impacto de los microorganismos

en el hombre

NegativaInfección y

enfermedad

NeutraImperceptibles a

la salud

PositivaAprovechamiento

por procesos biotecnológicos

TAREA:REALIZAR UN ENSAYOARGUMENTATIVO SOBRE LOSBENEFICIOS DE LAS BACTERIAS ENEL CAMPO DE LA NUTRICIÓN.

EXTENSION Y FORMATO:1 HOJA/ARIAL 11/1 PUNTO DEINTERLINEADO

ENTREGA:SIDWEB HASTA 05/NOV/2015

Características fundamentales de los microorganismos:

Pertenecen al Reino Monera:

eubacterias y cianobacterias.

Tienen múltiples formas y tamaños.

Son microorganismos procariontes de

forma esférica (cocos), de bastón recto

(bacilos) o curvado (vibrios), o espirales

(espirilos).

son una de las formas de vida más

abundantes en la tierra. Tienen una

longitud entre 0,4 y 14 μm.

Las bacterias se reproducen mediante

la multiplicación del ADN, y división en

dos células independientes; en

circunstancias normales este proceso

dura entre 30 y 60 minutos.

Bacterias Generalidades

Bacterias-Morfología

http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/micro/contenidos5.htm

Las bacterias (del griego bakterion = bastón) son organismos unicelulares que sereproducen por fisión binaria y su tamaño es del orden de los micrones.

Las Bacterias se encuentran prácticamente en todos lo ambientes de la Tierra.

La mayoría de ellas son capaces de una existencia independiente.

Los organismos de este grupo no poseen organelas rodeadas por membranas.

Procesos bioquímicos que en eucariotas ocurren normalmente en los cloroplastos o

mitocondrias, tienen lugar en la membrana citoplasmática.

El cromosoma bacteriano esta constituido por ADN circular que se ubica en la región

denominada nucleoide.

Distribuidos en el citoplasma bacteriano se encuentran pequeños lazos de ADNconocidos como plásmidos.

Su pequeño tamaño, velocidad de reproducción, y la "ocupación" de diversos

hábitats y modos de existencia hacen de Moneras el Reino más abundante y

diversificado sobre la Tierra.

Las bacterias tienen un papel funcional ecológico específico. Por

ejemplo, algunas realizan la degradación de la materia orgánica, otras

integran su metabolismo con el de los seres humanos.

Generalmente poseen una pared celular y ésta se

compone de peptidoglicano.

Muchas bacterias disponen de flagelos o de otros

sistemas de desplazamiento y son móviles.

Cuando las condiciones del medio son desfavorables determinadas bacterias

forman endosporas como mecanismo de defensa. Esta estructura protege la

bacteria de manera muy eficiente.

Cuando las condiciones del medio mejoran, se desarrolla una nueva bacteria

que continúa el crecimiento y la multiplicación.

Nutrición y actividad metabólica: necesidades alimenticias, clasificación de las bacterias en base a los procesos de asimilación: autótrofos, heterótrofos.

Nutrición en bacterias

La nutrición es el proceso por el que los seres vivos tomandel medio donde habitan las sustancias químicas quenecesitan para crecer. Dichas sustancias se denominannutrientes, y se requieren para dos objetivos:

fines energéticos (reacciones de mantenimiento);

fines biosintéticos (reacciones plásticas o anabolismo).

La nutrición presenta un aspecto de aprovisionamiento de energía y

otro de suministro de materiales para la síntesis celular.

Nutrición en bacterias

Los requerimientos nutricionales de cada grupo microbianoestán dados por:

de las células que los constituyen

las que determinan suspropiedades fisiológicas

que se encuentran en el ambiente en que se desarrollan.

Nu

trie

nte

s p

ara

c

rec

imie

nto

ba

cte

ria

no Universales

Agua

CO2

Fosfatos

Sales Minerales

Particulares

Nitrógeno

AzufreFactores de crecimiento

Factor o vitamina Funciones principales

p-aminobenzoico (PABA) Precursor del ácido fólico

Acido fólico Metabolismo de compuestos C1, transferencia de

grupos metilo.

Biotina Biosíntesis de ácidos grasos; fijación de CO2

Cobalamina (vitamina B12) Reducción y transferencia de compuestos C1;

síntesis de desoxirribosa

Niacina (ácido nicotínico) Precursor del NAD; transferencia de electrones en

reacciones redox

Riboflavina Precursor de FAD y FMN

Ácido pantoténico Precursor de la CoA

Tiamina (vitamina B1) Descarboxilaciones; transcetolasas.

Complejo B6 (piridoxal, piridoxamina) Transformaciones de aminoácidos y cetoácidos

Grupo Vitamina K, quinonas Transportadores de electrones (ubiquinonas,

menaquinonas, etc.)

Se trata de elementos que pueden ser cubiertos de modo

muy distinto, dependiendo del tipo de bacteria que

consideremos, pueden ser captados por las bacterias de

modos muy distintos, dependiendo de sus capacidades

biosintéticas.

Los factores de crecimiento son

moléculas orgánicas específicas

que, en muy pequeña cantidad,

algunas bacterias necesitan para

crecer.

No tienen función plástica ni

energética.

Desde el punto de vista de fuente de carbono utilizada(o sea,para sus necesidades plásticas o de crecimiento), las bacteriasse pueden dividir en:

• Autótrofas: crecen sintetizando sus materiales a partir desustancias inorgánicas sencillas. Ahora bien, habitualmente elconcepto de autotrofía se limita a la capacidad de utilizaruna fuente inorgánica de carbono, a saber, el CO2.

• Heterótrofas: su fuente de carbono es orgánica (si bien otroselementos distintos del C pueden ser captados en formainorgánica).

Tipos de nutrición

• Fotógrafos, estos utilizan la energíaelectromagnética (luz) para su desarrollo.

• Quimiótrofos, que obtienen su energía a partir dela oxidación de compuestos químicos, y que a suvez se subdividen en:

: son aquellas que sólo requieren sustanciasinorgánicas sencillas (SH2 S0, NH3, NO2-, Fe, etc.).

: requieren compuestos orgánicos (hidratosde carbono, hidrocarburos, lípidos, proteínas,alcoholes).

Con relación a la fuente de energía losmicroorganismos se clasifican en dos grupos:

Medios de Cultivo

Medios de CultivoUn medio de cultivo es una solución acuosa (bien como tal, o bienincorporada a un coloide en estado de gel) en la que estánpresentes todas las sustancias necesarias para el crecimiento deun(os) determinado(s) microorganismo(s). Los medios de cultivo sepueden clasificar, en primera instancia, en tres grandes tipos:

Medios complejos o indefinidos

Medios sintéticos o definidos

Medios semisintéticos

medios líquidos.

medios sólidos (agar).

Medios de Cultivo

Medios no específicos

Medios selectivos son aquellos que permiten seleccionar un tipo (ounos pocos tipos) de microorganismos. En el laboratorio se empleanmucho medios selectivos sólidos que incorporan ciertas sustanciasque inhiben el crecimiento de ciertas bacterias, pero permiten elcrecimiento de otras.

Medios diferenciales son aquellos que permiten distinguir a simplevista dos o más tipos de bacterias en función de su distintocomportamiento respecto de algún nutriente del medio. Esecomportamiento diferencial se traduce normalmente en un viraje decolor de una sustancia indicadora presente en el medio.

• Según sus cualidades físicas, se distinguen:

líquidos

semisólidos

sólidos

• Según su origen:

naturales: son los preparados a partir de sustancias naturales de origen animal o vegetal como ser extractosde tejidos o infusiones y cuya composición química no se conoce exactamente.

sintéticos: son los medios que contienen una composición química definida cualitativamente ycuantitativamente. Se utilizan para obtener resultados reproducibles.

semisintéticos: son los sintéticos a los que se les añaden factores de crecimiento bajo una forma de unextracto orgánico complejo, como por ejemplo extracto de levadura.

• Según su formulación:

químicamente definidos: se conoce la cantidad exacta de cada uno de los compuestos que hay en elmedio.

complejos: se realizan a partir de extractos naturales (extracto de levadura, sangre, etc.); no se conoceexactamente cuál es la composición del medio; sin embargo, presenta la ventaja de que ya estánpresentes todos o casi todos los elementos que una célula puede requerir.

Medios de Cultivo

Además de los nutrientes, el cultivo microbiano debe considerar….

El oxígeno, como constituyente universal de las células, es un nutrimentoproporcionado en cantidades abundantes por el agua; sin embargo, la mayoría delos microorganismos requieren además oxígeno molecular.

Respecto a la necesidad o tolerancia de esta molécula, se tiene que losmicroorganismos se clasifican en cinco grupos:

• Aerobios estrictos, aquéllos que crecen de manera obligada en condicionesóxicas o aerobias con presencia de tensiones normales de oxigeno.

• Microaerofílicos, los que crecen en tensiones de O2 menores a las del aire ocondiciones microóxicas.

• Facultativos, emplean alternativamente oxígeno molecular u otros compuestosinorgánicos u orgánicos como aceptores finales de electrones por lo que crecen deacuerdo a las condiciones que prevalecen en su hábitat, aerobias o anaerobias.

A lo largo de los años se han dado muchasformas de clasificación taxonómica de lasbacterias, especialmente hace 2 décadas.Gran parte de la nueva taxonomía ha sidocreada como resultado del empleo detécnicas de genética molecular.

Taxonomia, Clasificación e identificación de los microorganismos.

¿Qué es taxonomía? Ciencia que trata de los principios, métodos y fines de laclasificación, generalmente científica; se aplica, enespecial, dentro de la biología para la ordenaciónjerarquizada y sistemática de los grupos de organismos.

Principles of Systematic Zoology 1969

Homología de ADN y contenido en % de mol G+C en ADN.

23S , 16S y 5S rRNA secuencia similitudes

Catalogación de oligonucleótidos

Análisis taxonómico numérico del total de proteínas solubles o de la morfológica y las características bioquímicas de una batería.

Análisis de la pared celular

Perfiles serológicos

perfiles de ácidos grasos celular

Métodos de genética molecular y métodos

tradicionales usados para la clasificación e identificación de microorganismos.

rRNA AnalysesLa subunidad 16S esta altamente

conservada y es considerada un

excelente cronometro de bacterias.

Mediante el uso de la transcriptasa

inversa, la subunidad 16S rRNA es secuenciada.

Se sintetiza una hilera de ADN

en presencia de

dideoxinucleótidos

Se producen fracciones de ADN de diversos tamaños

Se deduce la secuencia de la

subunidad 16S rRNA Sanger method.

Permite una determinación precisa de

relaciones filogenéticas.

Los catálogos de nucleótidos de rRNA

16S ha sido listado para un amplio

rango de m.o.

Análisis of DNAEl mol % G + C del ADN bacteriano ha sido empleado en taxonomíabacteriana durante varias décadas , y su uso en combinación con16S y 5 S rRNA hace que sea aún más significativo. Mediante elanálisis de 16S rRNA, la grampositivos eubacterias se dividen en dosgrupos al nivel filo : un grupo con moles % G + C > 55, y la otra < 50.

Se ha demostrado que la referencia ideal de

taxonomía bacteriana sería el de secuenciar el

ADN completo de un organismo.

Es generalmente aceptado que las

especies bacterianas pueden ser

definidas en términos filogenéticos

mediante el uso de resultados de la

hibridación del ADN, donde el 70 % o

más de parentesco a 5ºC define una

especie.

20 % de similitud de secuencia se considera que es

el nivel mínimo de Homología de ADN-ADN.

Clasificación e identificación de los microorganismos.

La diversidad de los seres vivos es tan grande que es preciso clasificarlos en varias categorías, según diferentes caracteres.

Los nombres científicos, describen las características del organismo, honran al

descubridor o se identifican con el hábitat.

Los nombres científicos pueden ser abreviados empleando la primera letra del

género pero no la especie.

Herman Paff

Phaffia rhodozyma

P. rhodozyma

Para la palabra especies

se emplean las

abreviatura sp. (singular)

se refiere a una especie

en particular y que

probablemente aún no

se encuentre

identificada, mientras

que la abreviatura spp.

(plural) se emplea para

describir a algunas o a

todas las especies de un

mismo género.

especie

variedades

familia

reino

raza

División o

phylumtipo

rama

grupo

De la categoría mas compleja a la mas simple, tenemos:

Dominio, reino, tipo, phylum o división, rama,

clase, grupo, familia, raza, genero, especie,

variedades e individuo.

No siempre es necesario utilizar todas estas categorias para clasificar un m.o.

Ej:

Individuo

genero especie

dominio

tipo

clase

grupo

Clasificación e identificación de los microorganismos.

Nomenclatura microbiana.¿Cuál es el taxón mas de mayor

importancia?Robert H.

Whittaker

(1924-1980) en

1969 propuso el

sistema de

cinco reinos

aceptado hasta

la actualidad.

rol y significación de los m.o en los alimentos

Fuentes alimentarias para el ser humano

Origen vegetal y

animal

Principios biológicos de la biota

Deterioro o

infecciónNo es su rol primario en la naturaleza.

REALMENTE, EL ROL PRINCIPAL DE LOS M.O EN LA NATURALEZA ES LA PERPETUACION PROPIA.

• Durante este proceso los m.o

heterótrofos llevan a cabo la

siguiente reacción general.

Ciclo del N2 y otros elementos

Si se tiene en cuenta los tipos de microorganismos asociados a los

alimentos vegetales y animales en su estados naturales , se pueden

predecir los tipos de microorganismos que pueden esperarse en un

producto alimenticio en particular.

Bacterias

Mohos

Levaduras

Seguridad

alimentaria:

# de m.o presentes

en los alimentos.

# de m.o

presentes/g o ml y

el tipo de m.o

representados en

este conteo.

Importante conocer: La composición microbiana de alimentos en estado

natural / y que tipo de m.o presentes no son normales en los alimentos.

Algunos son deseables en ciertos

alimentos; otros traen el deterioro

o causan gastroenteritis.

Géneros comúnmente

encontrados en

alimentos.

Fue

ntes

prim

aria

s de

m.o

enc

ontr

ados

en

alim

ento

s

Fu

en

tes

Agua y suelos

Plantas y productos

Utensilios

Tracto gastrointestinal

Manipuladores de alimentos

Piensos

Pieles de animales

Aire y el polvo

Significado de los

microorganismos en la naturaleza:

Cielo del nitrógeno,

Carbono, Azufre.

CICLO DEL NITROGENO https://www.youtube.com/watch?v=8qZDvCWuxj4

CICLO DEL CARNONO https://www.youtube.com/watch?v=u6dhBw_f7Oc

CICLO DEL AZUFRE https://www.youtube.com/watch?v=b6eGOhN97Wo

Actividad en Clase Grupal

6 grupos de 10estudiantes.Extraiga las ideasprincipales de los 3videos observados.Argumente laimportancia de laactividad bacterianaen el balance demateria (20 líneas).