UNIDAD 17 Microorganismos: enfermedades y biotecnología.

UNIDAD 17UNIDAD 17Microorganismos: enfermedades y biotecnologíaMicroorganismos: enfermedades y biotecnología

Recursos para la explicación de la unidadRecursos para la explicación de la unidad

Los microorganismos patógenos

Las enfermedades infecciosas

Ciclo de Entamoeba histolytica

Ciclo de Plasmodium

Estudio y control de microorganismos

La biotecnología microbiana

Producción de antibióticos

Fermentaciones

Control de plagas Alimentación Ingeniería genética

Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicos

El ciclo del carbono

El ciclo del azufre El ciclo del nitrógeno

El ciclo del fósforo

Los microorganismos patógenosLos microorganismos patógenos

Vector (insecto)

Bacterias que producen hialuronidasa

Disminución de la cohesión entre

las células

Fibrinógenotransformado

en fibrina

Estafilococo

INFECCIÓN Invasión de un ser vivo por microorganismos patógenos

Puede producir una enfermedad (no

siempre)

Depende de:

Patogenicidad o virulencia del microorganismo

Susceptibilidad del huésped

Factores ambientales

Equilibrio con la flora bacteriana autoctona

Los microorganismos infecciososLos microorganismos infecciosos

Los microorganismos infecciososLos microorganismos infecciosos

• Adherencia específica a tejidos del huésped o entrada en células específicas pasivamente o activamente.

• Penetración Una vez adherido, el microorganismo puede liberar toxinas o penetrar en el tejido y diseminarse por distintas zonas.

• Reproducción. Una vez ha entrado el microorganismo se multiplica. En general todas las infecciones pasan por tres etapas:

1. Periodo de incubación. Tiempo comprendido entre la entrada del agente hasta la aparición de sus primeros síntomas. Aquí el patógeno se puede multiplicar y repartirse por sus zonas de ataque. Varia el tiempo dependiendo de la enfermedad.

2. Periodo de desarrollo. Aparecen los síntomas característicos.

3. Convalecencia. Se vence a la enfermedad y el organismo se recupera.

Fases de una infecciónFases de una infección

Sustancias venenosas de bajo peso molecular producidas generalmente por bacterias, que causan daño en el organismo en el que se encuentran.

1. Exotoxinas: proteínas liberadas al medio extracelular. Entre estas destacan las enterotoxinas que producen infecciones alimentarias. Ej. Toxina botulínica.

2. Endotoxinas: lipopolisacáridos que forman parte de la pared bacteriana y por tanto permanecen unidas al microorganismo.

Factores de virulencia. Las toxinasFactores de virulencia. Las toxinas

Factores de virulencia. Las toxinasFactores de virulencia. Las toxinas

Enfermedades transmitidas por vía sexual

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

Enfermedades transmitidas por animales

• Disentería amebiana• Poliomielitis• Botulismo• Salmonelosis• Hepatitis A

Enfermedades transmitidas por el agua o los alimentos

• Disentería amebiana• Poliomielitis• Botulismo• Salmonelosis• Hepatitis A

Las enfermedades infecciosasLas enfermedades infecciosas

Enfermedades transmitidas por contacto directo

• Rabia (Rhabdovirus)• Tétanos (Clostridium tetani)• Dermatomicosis (hongos)

Enfermedades transmitidas a través del aire

• Resfriado común (Rhinovirus)• Gripe (Ortomixovirus)• Sarampión (Paramixovirus)• Paperas

Agua contaminada

Quiste multinucleado

Quiste multinucleado

Desenquistamiento de la ameba

Formación de amebas que pasan al intestino grueso

Las amebas fagocitan glóbulos rojos

Ameba en estado prequístico

Quiste

Ciclo biológico de Ciclo biológico de Entamoeba histolytica (disentería)Entamoeba histolytica (disentería)

1. Un mosquito infectado, introduce esporozoitos en una persona.

5. Se forman gametocitos masculinos y femeninos.

6. Un mosquito que pica a una persona infectada se lleva los gametocitos.

7. En el estómago del mosquito se forma un quiste con esporozoides que pasan a su saliva y puede infectar a otra persona.

4. Los merozoitos invaden los glóbulos rojos.

3. En las células del hígado se forman merozoitos del protozoo.

2. Los esporozoitos pasan a las células del hígado.

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Ciclo biológico del Ciclo biológico del Plasmodium (malaria/paludismo)Plasmodium (malaria/paludismo)

Robert Koch (1843-1910) fue uno de los más importantes bacteriólogos de todos los tiempos. Descubridor del bacilo de la tuberculosis y el bacilo del cólera y es considerado el fundador de la bacteriología. Trabajó en el aislamiento de agentes infecciosos y reinfecciones a partir de cultivos puros, experiencias a partir de las cuales estableció los “Postulados de Koch”.

1- El agente debe estar presente en cada caso de la enfermedad y ausente en los sanos.2- El agente no debe aparecer en otras enfermedades.3- El agente ha de ser aislado en un cultivo puro a partir de las lesiones de la enfermedad.4- El agente ha de provocar la enfermedad en un animal susceptible de ser inoculado.5- El agente ha de ser aislado de nuevo en las lesiones de los animales en experimentación.

Estudio y control de microorganismosEstudio y control de microorganismos

1. Fase de latencia 2. Fase exponencial 3. Fase estacionaria 4. Fase de muerte

1

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Curva de crecimiento de un cultivo bacteriano

Tiempo de incubación en minutos

Lo

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Estudio y control de microorganismos. CrecimientoEstudio y control de microorganismos. Crecimiento

ANTIMICROBIANOS

(a) Bacteriostáticos…Inhiben el crecimiento del microorganismo

(b) Bactericidas…Matan a los microorganismos sin necesidad

de destruirlos o lisarlos

(c) Bacteriolíticos…Matan a los microorganismos por lisis

Agente antimicrobianoAgente antimicrobiano“Sustancia o Agente capaz de actuar sobre los

microorganismos, ya sea inhibiendo su crecimiento o causando su muerte”

Estudio y control de microorganismos. ControlEstudio y control de microorganismos. Control

Debe cumplir:

1.- Especificidad:Se refiere al espectro de la actividad antimicrobiana, definida por su capacidad de unión a un sitio específico de la bacteria.

2.- Eficacia “in vivo”:Debe ser bacteriostático o bactericida in vivo, es decir, su acción no debe ser revertida en el interior del organismo.

3.- Toxicidad selectiva:Debe ser tóxico para el microorganismo, pero ser inocuo para el hospedero. Esto es indispensable para la utilización del antimicrobiano en clínica.


Esterilización: “es el proceso mediante el cual células vivas, esporas viables y virus son destruidos o removidos de un objeto o hábitat”. Un objeto estéril es aquel que está libre de microorganismos vivos, esporas o cualquier agente infeccioso.

Un desinfectante no necesariamente esteriliza un objeto, ya que pueden permanecer algunos microorganismos o esporas.

Desinfección: “es el proceso de eliminar, inhibir o remover microorganismos que puedan causar enfermedad”. Desinfectante: “agente, generalmente químico, utilizado para llevar a cabo la desinfección”, normalmente se utilizan sobre objetos inanimados. Antiséptico: “agente químico utilizado sobre tejido vivo”

Sanitización: “es el proceso de reducir la población de microorganismos a niveles considerados seguros por los estándares de salud pública”.


Agentes antimicrobianos físicosCalor: causa la desnaturalización de las proteínas de la pared bacteriana y ácidos nucleicos, destruye las membranas. •Calor húmedo (20 min a 121ºC): produce la desnaturalización y coagulación de proteínas.

• Esterilización clásica (120ºC unos 30 min.)• Esterilización UHT (140ºC 3 segundos, no proporciona tanta

conservación)•Calor seco (2 horas a 180ºC) Origina la oxidación de los componentes celulares.

Autoclave Horno


Agentes antimicrobianos físicos

Pasteurización: no pierde sabor ni aromas. Se eleva rápidamente la temperatura a 71,7ºC y se mantiene 15-20 segundos, para después enfriar (choque térmico)

Ultrapasteurización o UHT.

Tratamiento por debajo del punto de congelación: Bacteriostático.

Radiaciones electromagnética:

Ionizantes: (rayos X y gamma) ionizan las moléculas modificándolas.

No ionizantes: (UV) producen mutaciones y otros cambios en el ADN

Filtración de fluidos o gas.


Corriente de aire

Indicador de presión

Cámara

Puerta

Termómetro

Flujo de aire caliente y húmedo

Salida al exterior

Muestras para esterilizar



Agentes antimicrobianos químicos

Esterilizantes: Destruyen todas las formas microbianas. Formaldehido, glutaraldehido.

Desinfectantes: Eliminan microorganismos pero no sus esporas. Hipocloritos (lejía), compuestos fenolíticos, sulfato de cobre.

Antisépticos: Contra microorganismos presentes en heridas de la piel. Etanol 70%, solución de yodo, agua oxigenada, jabón, detergentes, clorhexidina (cristalmina)

Agentes quimioterapéuticosAgentes quimioterapéuticos

Antibióticos Antibióticos Funcionan inhibiendo la síntesis de la pared bacteriana, destruyendo la membrana plasmática o inhibiendo la síntesis de ADN, ARN y/o proteinas.

Agentes quimioterapéuticos sintéticosAgentes quimioterapéuticos sintéticos

Estudio y control de microorganismos. AntibióticosEstudio y control de microorganismos. Antibióticos

Alexander Fleming (1928):Observó que el hongo Penicillium notatum impedía el crecimiento de Staphylococcus aureusFlorey y Chain (1939): aislaron Penicilina G

Penicillium notatum


El hongo Penicillium notatum impide el crecimiento de Staphylococcus aureus...

Foto original tomada por Fleming Foto actual


Evaluación de la eficaciaEvaluación de la eficacia

En el laboratorio se puede estudiar la susceptibilidad a antimicrobianos que presentan bacterias aisladas desde

una muestra biológica...

La susceptibilidad a antimicrobianos, junto con la identidad de la bacteria aislada y ciertos factores del hospedero constituyen las bases para la elección de una terapia

antimicrobiana adecuada…

Pruebas de susceptibilidad antimicrobiana in vitro:Test por diluciónTest por difusión

Se realizan según ciertas normas previamente estandarizadas (NCCLS)


Concentración inhibitoria mínima (CIM)

Corresponde a la menor concentración de antimicrobiano que inhibe el crecimiento bacteriano luego de 18 a 24 horas de

incubación.

Concentración bactericida mínima (CBM )

Corresponde a la menor concentración capaz de matar un 99,9% la población bacteriana.


Técnica de referencia en la mayoría de los estudios clínicos de susceptibilidad a antimicrobianos.Entrega un resultado cuantitativo, ya que permite determinar la concentración inhibitoria mínima (CIM).Se puede realizar en medio líquido (dilución en caldo) o en medio sólido (dilución en agar).Método complejo y de alto costo.

Dilución seriada en caldo

Lectura del CIM

CIM

Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Antibiograma por diluciónAntibiograma por dilución

Es el método más usado…

Es práctico y sencillo de realizar e implementar…

Permite analizar un gran número de antibióticos al mismo tiempo y bajo las mismas condiciones…

Entrega un resultado cualitativo… (bacteria sensible o resistente)

“(Técnica de Kirby-Bauer)”

Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Antibiograma por difusiónAntibiograma por difusión

Resistente(No hay halo de

inhibición)

Análisis de varios antibióticos

en un mismo ensayo

Sensible(Presencia de halos

de inhibición)

“(Técnica de Kirby-Bauer)”


Halos de inhibiciónDiscos con antibióticos


pH del medio de cultivo: algunos antibióticos son activos a pH ácido (nitrofurantoína) y otros lo son a pH alcalino (aminoglucósidos).

Componentes del medio de cultivo: pueden antagonizar al antibiótico (extracto de levadura antagoniza a sulfonamidas).

Estabilidad del medicamento: algunos antibióticos se inactivan a la temperatura de cultivo (clortetraciclina, en menor grado penicilina)

Tamaño del inóculo: si hay muchas bacterias, la susceptibilidad es menor y pueden aparecer mutantes resistentes.

Tiempo de incubación: si es muy breve los m.o. no mueren; si es muy

largo, pueden aparecer mutantes resistentes o inactivarse el medicamento.

Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Factores que afectan a la actividad antibacterianaFactores que afectan a la actividad antibacteriana

Es mucho más compleja, ya que hay que considerar la relación con el hospedero…

HOSPEDERO

ANTIBIÓTICO MICROORGANISMO

Estudio y control de microorganismos. Estudio y control de microorganismos. Actividad antimicrobiana “in vivo”Actividad antimicrobiana “in vivo”

Un microorganismo para ser útil en procesos biotecnológicos debe tener las siguientes características:

1. Crecer rápidamente2. Poder ser cultivado a gran escala3. Producir sustancias útiles 4. Hacerlo en poco tiempo

PRODUCTOS DE LAS CÉLULAS

Enzimas

Antibióticos

Aditivos alimenticios

Alcohol

Productos químicos

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaOtros usosOtros usos

Producción de antibióticos Fermentaciones Alimentación

Control de plagas Ingeniería genética

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbiana

1. Obtención de muestras bacterianas en la naturaleza.

2. Selección de colonias.

3. Cultivo puro de una colonia.

4. Determinación del efecto de esta bacteria sobre otras.

5. Inhibición del crecimiento bacteriano.

6. Tanque de fermentación para producir antibiótico.

7. Determinación de la concentración del antibiótico.

8. Test de toxicidad.

9. Producción industrial.

10. Obtención de viales.Producción de antibióticos

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaProducción de antibióticos, vitaminas, aminoácidos y enzimasProducción de antibióticos, vitaminas, aminoácidos y enzimas

Tanques de fermentación para elaborar cerveza

Elaboración de queso Emmental

Control sanitario de alimentos

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentciones y alimentaciónFermentciones y alimentación

Fermentación alcohólica

Glucosa (C6H12O6) 2 etanol (CH3–CH2OH) + 2 CO2

Fermentación láctica

Lactosa (C12H22O11) + H2O 2 glucosa (C6H12O6) 4 ácido láctico (CH3–CHOH–COOH)

2 etanol (CH3–CH2OH) + 2 O2 2 ácido acético (CH3–COOH) + 2 H2O

Fermentación acética

FERMENTADORINDUSTRIAL

VER FERMENTADORDE FRINGS

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Elaboración de vino, cerveza, pan, queso y otros lácteosFermentaciones. Elaboración de vino, cerveza, pan, queso y otros lácteos

Vapor

Motor

Controlador de pH

Escape

Caldo de cultivo

Salida de agua

Aire estéril

Cosecha

Entrada de agua

Impulsores

Cubierta de enfriamiento

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentador industrialFermentaciones. Fermentador industrial

Entrada de alcohol etílico diluido

Goteo del medio de cultivo

Virutas con bacterias que transforman el alcohol etílico en

ácido acético

Ácido acético en la cámara de recolección Grifo de recolección

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentador de FringsFermentaciones. Fermentador de Frings

La fermentación acética es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético.

La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es considerado uno de los fallos del vino.

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación acéticaFermentaciones. Fermentación acética

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación alcohólicaFermentaciones. Fermentación alcohólica

Mediante este tipo de proceso se forman productos como vino, pan o cerveza.

Producción de vino

Saccharomyces Cerevisiae

Producción de cava y champan

Se sigue el llamado méthode champenoise, en el que se hace una primera fermentación alcohólica igual que en el vino, y una segunda fermentación en botella tras la adición de azucares. El CO2 generado en esta segunda fermentación es el origen de las burbujas del cava


Producción de cerveza

Se obtiene a partir de la fermentación de granos germinados de cereales (cebada, arroz o maíz. Esto es lo que se llama malteado (se generan amilasas que convierten el almidón en glucosa).


Producción de pan

Se obtiene de la fermentación de una masa formada por harina de cereales, agua, sal y levaduras.

Una vez fermentada, la masa se mete en un horno

El CO2 queda atrapado en la masa cocida, formando las burbujas que se ven en la miga del pan.

El etanol formado, se volatiliza en la cocción.


La leche se convierte en ácido láctico por la acción de bacterias de los géneros Lactobacillus, Streptococcus o Leuconostoc.

Como resultado de la formación del ácido, baja el pH, y las proteínas se desnaturalizan y precipitan formando la cuajada, a partir de la que se elaboran los diferentes productos lácteos: queso, yogur, kefir…

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación lácticaFermentaciones. Fermentación láctica

La cuajada sufre una nueva fermentación a cargo de bacterias y hongos que hidrolizan las proteínas hasta dar primero aminoácidos y luego aminas, ácidos grasos y amoniaco.

Producción de queso

Los Streptococcus de la leche la agrian, generando la nata, a partir de la cual se genera la mantequilla

Producción de mantequilla

Producción de yogur

La fermentación de la lactosa (el azúcar de la leche) en ácido láctico mediante bacterias. El incremento de ácidez evita la proliferación de bacterias patógenas

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaFermentaciones. Fermentación lácticaFermentaciones. Fermentación láctica

Maíz

Spodoptera frugiperda

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La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaControl de plagasControl de plagas

Plásmido receptor

Endonucleasa de restricción

ADN donante

Plásmido recombinante

Incorporación del plásmido recombinante

Clonación bacteriana

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaIngeniería genéticaIngeniería genética

Consiste en introducir genes de interés en bacterias, cultivarlas a gran escala, obtener la proteína correspondiente y purificarla. También se pueden obtener de esta forma organismos transgénicos.

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaIngeniería genéticaIngeniería genética

Como fuente de alimentos

No son tóxicos para el ser

humano o los animales

La biotecnología microbianaLa biotecnología microbianaOtros usosOtros usos

Ciclo del carbono Ciclo del azufre

Ciclo del nitrógeno Ciclo del fósforo

Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicos

Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicosCiclo del carbonoCiclo del carbono

Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicosCiclo del azufreCiclo del azufre

Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicosCiclo del nitrógenoCiclo del nitrógeno

Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicosLos microorganismos y los ciclos biogeoquímicosCiclo del fósforoCiclo del fósforo

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