Unidad de microbiología

Biología 21 de bachillerato C.E.M HIPATIA -FUHEM

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Profesor: Miguel Ángel Madrid. Biología 2º de bachillerato

UNIDAD MICROBIOLOGÍA

1. Concepto y tipos de microorganismos Los microbios o microorganismos son seres vivos de tamaño microscópico y para

observarlos hay que utilizar el microscopio (óptico o electrónico).

Las unidades de medida utilizadas en microscopía para determinar las dimensiones de los

microorganismos son el micrómetro o micra (μm), el nanómetro (nm) y el angstrom (Å). Sus

equivalencias son las siguientes:

1 mm = 103 µm = 106 nm = 107 Å

Se encuentran en todas partes, en cualquier ambiente, incluso en medios extremos (fuentes

hidrotermales, salinas, etc.) incluso en el interior de otros seres vivos.

Debido a su elevada tasa metabólica los microorganismos se multiplican con extraordinaria

rapidez. Así, una bacteria, en condiciones ideales de presión, temperatura y disponibilidad de

alimento, se puede dividir por bipartición cada 20 minutos.

Los microorganismos constituyen un grupo diverso y complejo de seres vivos que, a diferencia

de los organismos superiores pluricelulares, pueden llevar a cabo los procesos vitales de

crecimiento, relación y reproducción, o bien como células individuales o formando

agrupaciones simples. El término microorganismo incluye tanto a seres unicelulares como

pluricelulares. Pueden ser también autótrofos o heterótrofos.

La ciencia que estudia los microorganismos es la microbiología.

Los microorganismos fueron observados por primera vez por Anthony van Leeuwenhoek

con un rudimentario microscopio en el siglo XVII, a los que denominó “animálculos”. El

desarrollo de la microbiología ha estado íntimamente vinculada al desarrollo del microscopio

Los microorganismos se encuentran en los tres dominios en que se dividen los seres vivos

según la clasificación de Woese (1990): Archaea, Bacteria y Eucarya.

Los dos primeros dominios están constituidos por organismos procariotas mientras que el

tercer dominio integra organismos eucariotas. Archaea comprende a las arqueobacterias y

Bacteria corresponde a las eubacterias.

En Eucarya hay microbios que pertenecen al reino Protoctistas, como las algas

microscópicas y los protozoos y al reino Fungi pertenecen los hongos microscópicos.

Se incluye también en los microorganismos los virus, considerados de organización acelular.

Características

Bacteria Archaea Eukarya

Envoltura nuclear Ausente Ausente Presente

Orgánulos membranosos Ausentes Ausentes Presentes

Peptidoglucanos en la pared celular Presente Ausente Ausente

RNA polilmerasa Una clase Varias clases Varias clases

Aminoácido iniciador de la síntesis de proteínas Formilmetionina Metionina Metionina

Histonas asociadas con el ADN Ausentes Presentes Presentes

Cromosoma circular Presente Presente Ausente

Capacidad de crecer a temperaturas superiores a 100 ºC No Algunas No

2. Los microorganismos procariotas

Los microorganismos procariotas se incluyen en los dominios Bacteria y Archaea. Carecen

de núcleo celular y su ADN se encuentra disperso por el citoplasma. Son organismos muy

simples estructuralmente, aunque con un metabolismo complejo que les permite realizar todas

las funciones biológicas.


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La mayoría de los microorganismos procariotas son unicelulares y solo algunos, como las

cianobacterias, pueden formar colonias pluricelulares.

Se conocen fósiles de estos microorganismos datados en más de 3 500 millones de años, por

lo que debieron de ser los primeros seres vivos del planeta.

2.1. Bacterias

Las bacterias son organismos de organización procariota, que pertenecen al reino Moneras.

Actualmente se conocen unas 5 000 especies de bacterias, pero se supone que son solamente

el 1% de todas las que pueden existir en la Tierra. Su tamaño puede oscilar entre 1,5 μm de

Escherichia coli, las 7 μm de la cianobacteria Oscillatoria o las 600 μm de Epulopiscium

fishelsoni, una bacteria “gigante” que vive en el intestino del pez cirujano del Indopacífico.

Son organismos muy simples, con escasas estructuras internas y tan solo cuatro tipos

morfológicos distintos (cocos, bacilos, espirilos y vibrios), pero presentan gran variabilidad en

su metabolismo.

2. 2. Estructura bacteriana

La estructura interna de las bacterias es mucho más simple que la de las células eucariotas,

pero en cambio su estructura superficial es más compleja.

La morfología de las bacterias ya la vimos en la unidad de citología. Volver a mirar.

2.3. Fisiología bacteriana

Las bacterias, como cualquier ser vivo desarrollan las funciones de nutrición, de relación y de

reproducción.

Aunque las bacterias están ampliamente distribuidas en la naturaleza, para conocer su

fisiología se estudian en el laboratorio mediante cultivos controlados y puros. Los medios de

cultivo bacterianos son disoluciones acuosas que poseen sales minerales y nutrientes orgánicos

como monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos, ácidos orgánicos y bases nitrogenadas, que

satisfacen los requerimientos de elementos químicos de las bacterias para desarrollar su

metabolismo, crecer y reproducirse.

Los medios de cultivo de bacterias se pueden preparar en medio líquido o en estado de gel

(semisólido). Este último se obtiene al añadir al medio de cultivo líquido una sustancia

gelificante como el agar-agar en cápsulas de Petri. En cualquiera de estos medios se añade la

muestra de la bacteria que se quiere cultivar con la ayuda de las asas de cultivo.

2.3.1. Nutrición

Las bacterias pueden realizar todos los tipos de metabolismo conocidos. Incluso una misma

especie puede desarrollar uno u otro en función de las características del medio y de la

abundancia de nutrientes. Pueden ser: fotoautótrofas, como las bacterias verdes y purpúreas

sulfúreas y las cianobacterias; fotoheterótrofas, como las bacterias verdes y purpúreas no

sulfúreas, que requieren energía luminosa y moléculas orgánicas como fuente de carbono;,

quimioautótrofas, como las bacterias nitrificantes, y quimioheterótrofas, como las que se

alimentan de materia orgánica muerta, que son la gran mayoría, o viva, que son las

patógenas.

2.3.2. Relación

Muchas especies de bacterias poseen movilidad. El desplazamiento puede efectuarse mediante

reptación sobre un substrato sólido, por movimientos de contracción y dilatación o bien

mediante flagelos.

Se han comprobado respuestas frente a estímulos luminosos (fototactismo) en bacterias

fotosintéticas, y también a estímulos químicos (quimiotactismo).


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Una de las respuestas mejor conocidas frente a los cambios en el medio es la formación de

esporas como modo de resistencia. Las bacterias que viven en el suelo, frente a condiciones

adversas del medio, entran en periodos de metabolismo reducido y protegen su ADN formando

alrededor de él una compleja cubierta, dando lugar a una endospora. Cuando el resto de la

célula bacteriana se destruye, las endosporas quedan libres en el suelo y se forman

exosporas. Estas pueden sobrevivir largo tiempo en condiciones ambientales adversas, como

por ejemplo, altas temperaturas (80 ºC), condiciones de sequedad, la acción de agentes

químicos como ácidos y desinfectantes o radiaciones.

Al presentarse de nuevo condiciones ambientales adecuadas, las exosporas germinan y dan

lugar a bacterias con todas sus funciones.

2.3.3. Reproducción

La reproducción de las bacterias es de tipo asexual y se realiza mediante bipartición o fisión

binaria, a la que antecede la duplicación del ADN bacteriano y la separación de las dos

moléculas obtenidas. Las bacterias hijas son genéticamente idénticas, por lo que las colonias

de bacterias están formadas por individuos clónicos.

Las bacterias también poseen mecanismos parasexuales, relacionados con la reproducción

mediante los cuales intercambian información genética con otras bacterias, sean o no de la

misma especie. Se conocen tres tipos de intercambio genético:

Conjugación. Una bacteria donadora transmite ADN por medio de un pelo sexual a la

bacteria receptora. Las donadoras tienen, además un tipo de plásmidos, los llamados

plásmidos F o factores F (de fertilidad), que contienen los genes que informan de la

producción de pelos sexuales. Las bacterias con plásmidos F se llaman F+ y las que no los

tienen F-.

Como los plásmidos F se autoduplican, las bacterias F+ pueden contener decenas de plásmidos

F. Por este motivo, en un cultivo bacteriano, al cabo de poco tiempo, todas las bacterias pasan

a ser F+. En la transmisión del plásmido de una bacteria a otra, solo pasa una de las dos

cadenas del plásmido.

El plásmido F, recibe el nombre de episoma, si se intercala (recombina) dentro del ADN

bacteriano. Las bacterias que poseen epitoma se denominadan Hfr (del inglés High frequency

of recombination) y son capaces de aportar ADN a las bacterias F-. Una bacteria Hfr transmite

parte de su plásmido F y algunos de los genes adyacentes de su cromosoma, que se

recombinarán con el ADN de la bacteria receptora y quedarán integrados en él.

La conjugación entre una célula F+ y una F- convierte a ésta última en donadora o F+,

mientras que si la donadora es Hfr, la bacteria receptora queda como F-.

Transducción. Consiste en un intercambio genético accidental a través de un agente

transmisor, generalmente un virus, el cual transporta fragmentos de ADN procedentes de la

última bacteria parasitada.

Transformación. Una bacteria introduce en su interior fragmentos de ADN que aparecen

libre en el medio procedentes de la lisis de otras bacterias.

Este intercambio genético explica la variabilidad que pueden presentar algunas bacterias al

vivir junto a otras de distinta especie. Ciertas bacterias patógenas, que presentan resistencia a

antibióticos, porque conviven en el intestino con bacterias simbiontes, que resisten bien la

acción de estos medicamentos.

2.3. Tipos de bacterias

Actualmente se conocen unas 9 000 especies de bacterias, pero los especialistas estiman que

pueden existir en la Tierra más de 10 millones de especies por descubrir. La clasificación de las

bacterias se basa no solo en sus características morfológicas sino también en su fisiología y su

bioquímica.


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Atendiendo a características fisiológicas se consideran los siguientes grupos:

Bacterias purpúreas y verdes. Son fotosintéticas y anaerobias. Poseen un pigmento muy

parecido a la clorofila a, la bacterioclorofila, y solo el fotosistema I por lo que no usan el

agua como fuente de hidrógenos y, por tanto, no generan oxígeno. Este fotosistema I está en

los clorosomas, estructuras delimitadas por paredes proteicas de forma cilíndrica. Se llaman

sulfúreas si utilizan el H2S como fuente de hidrógeno y no sulfúreas si usan moléculas

orgánicas.

Cianobacterias. También llamadas cianofíceas o algas verde-azuladas. Son bacterias

fotosintéticas aerobias y poseen un pigmento azul, la ficocianina, además de la clorofila a.

Pueden ser unicelulares o pluricelulares, si forman colonias filamentosas gracias a la presencia

de una capa gelatinosa externa. La pared celular es similar a la de las bacterias Gram- . El

citoplasma presenta una región central translúcida con material genético, el centroplasma, y

una zona periférica, el cromoplasma, con sáculos de pigmentos fotosintéticos, ribosomas,

gránulos de volutina, vacuolas de gas y carboxisomas.

Bacterias nitrificantes. Son quimioautótrofas. Forman compuestos orgánicos gracias a la

energía liberada en reacciones de oxidación de compuestos nitrogenados inorgánicos. Hay dos

tipos: las oxidantes del amonio (NH4+), como las del género Nitrosomonas que transforman

el amonio en nitrito (NO2), y las oxidantes de nitritos, como las del género Nitrobacter, que

oxidan nitritos a nitratos (NO3 ). Viven en el suelo y en el sedimento marino y transforman los

nutrientes inorgánicos nitrogenados en moléculas que aprovechan las plantas.

Bacterias fijadoras de nitrógeno. Son aerobias Gram- que fijan el nitrógeno de la

atmósfera. Viven en el suelo, como las de los géneros Azotobacter y Rhizobium. Esta última se

encuentra en simbiosis con plantas del grupo de las leguminosas.

Bacterias entéricas. Viven en el intestino de las personas y de otros animales. Al

alimentarse de la materia orgánica contribuyen a la formación de las heces. Suelen ser bacilos

Gram- que son anaerobios facultativos y oxidan glucosa. Escherichia coli es un habitante

común del colon humano y puede llegar a ser patógena en determinadas condiciones.

Espiroquetas. Presentan fibrillas internas en su citoplasma que, al rotar, desplazan a la

bacteria. Suelen vivir en medios acuáticos; otras producen enfermedades como Treponema

pallidum, causante de la sífilis humana.

Bacterias del ácido láctico. Son Gram+, anaerobias tolerantes al oxígeno. Viven en

productos en fermentación de origen animal o vegetal y en el tracto digestivo o urogenital de

las personas. Por lo general no son patógenas.

Micoplasmas o afragmobacterias. Son muy pequeñas (0,1-0,8 micras), carecen de pared

bacteriana y su membrana plasmática contiene esteroles. Tienen forma de cocos y pueden

formar colonias esféricas que parecen un huevo frito o filamentos como los de los hongos.

Muchas son patógenas, produciendo enfermedades en las plantas y en la especie humana,

como por ejemplo Mycoplasma pneumoniae, que produce la neumonía atípica.

2.4. Arqueobacterias

Son procariotas, generalmente anaerobias, que suelen vivir en ambientes extremos de

temperatura o salinidad. Según antiguos criterios de clasificación estaban incluidas dentro de

las eubacterias, de las cuales se separaron por la gran diferencia que existente entre las

secuencias moleculares de sus ARN ribosómicos. Incluso en la nueva clasificación en dominios

de todos los seres vivos, las arqueobacterias forman el dominio de los Archaea, bien separado

de los dominios Bacteria y Eucarya.

La membrana plasmática de las arqueobacterias puede ser bicapa o monocapa. Los lípidos de

esta membrana no contienen ácidos grasos, sino hidrocarburos isoprenoides y pueden ser

apolares y polares. Estos últimos están dispuestos en la membrana como los de las células


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procariotas y las eucariotas, esto es, con los grupos polares dirigidos hacia afuera y los grupos

apolares hacia dentro.

Los hidrocarburos se unen a la glicerina mediante enlaces éter (-C-O-C-) en lugar de enlaces

de tipo éster (-CO-O-C-), como ocurre en las membranas de las eubacterias y de las

eucariotas.

Las paredes celulares de las arqueobacterias carecen de peptidoglucanos y de D-aminoácidos,

pero en cambio sí que contienen pseudopeptidoglucanos y polisacáridos o proteínas según las

especies.

El genoma de las arqueobacterias está formado por una sola molécula de ADN circular más

pequeño que el de las eubacterias y asociado a histonas. Muchas especies de arqueobacterias

son autótrofas y son capaces de colonizar medios con condiciones ambientales extremas.

Según su hábitat se distinguen tres grupos de arqueobacterias:

Halófilas. Viven en aguas hipersalinas como las del Mar Muerto.

Termófilas. Se encuentran en aguas termales o en hábitats volcánicos ricos en azufre.

Metanógenas. Viven en condiciones de anaerobiosis y son capaces de producir metano

(CH4) a partir de diferentes sustratos como el CO2 mediante la siguiente reacción:

CO2 + 4H2 ---> CH4 + 2H2O

Las arqueobacterias metanógenas son las responsables de la producción de metano en los

pantanos y zonas encharcadas que contienen grandes cantidades de materia orgánica en

descomposición. Por este motivo, el metano se denomina gas de los pantanos. También son

las responsables de la producción de gas metano en los centros de tratamiento de aguas

residuales y en los aparatos digestivos de los animales como los mamíferos herbívoros

rumiantes.

Estas bacterias producen anualmente unas 2 000 millones de toneladas de metano, de las

cuales, el 30 % lo emiten los rumiantes. En la actualidad se conocen diversos métodos de

aprovechamiento del metano producido como fuente de energía para llevar a cabo diferentes

actividades humanas.

.

3. Los microorganismos eucariotas

Todos los microorganismos eucariotas tienen núcleo, poseen orgánulos en su citoplasma y se

incluyen dentro del dominio Eucarya. Las algas y los protozoos pertenecen al reino

Protoctistas, mientras que los hongos forman el reino Fungi.

Los grupos de algas y de hongos, aunque poseen muchas especies macroscópicas, contienen

también representantes dentro del mundo microbiano, algunos de ellos con un papel

fundamental en el ciclo de los ecosistemas terrestres y acuáticos. En el grupo de los protozoos

todos los individuos son microscópicos.

3.1. Algas microscópicas

Las algas tienen cloroplastos en sus células, donde se lleva a cabo la fotosíntesis gracias a la

presencia de pigmentos como las clorofilas, las xantofilas y los carotenoides. Pueden ser

unicelulares o pluricelulares.

Viven preferentemente en medios acuáticos y en el mar forman el llamado fitoplancton, que

constituye el primer eslabón en la cadena alimentaria marina, el de los productores. Otras

algas microscópicas viven en las aguas dulces, en las aguas termales, en el fango e incluso

sobre la corteza de los árboles.

Los principales grupos de algas microscópicas son:

Algas euglenoides. Pertenecen al filum euglenofitos. Son unicelulares, tienen un único

flagelo y generalmente disponen de una mancha de pigmento denominada estigma, sensible

a la luz. Estas algas se mueven con el flagelo por delante y son atraídas por la luz. Carecen de

pared celular pero tienen una capa membranosa externa por fuera de la membrana


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plasmática. La sustancia de reserva de los euglenofitos es el paramilo. La mayoría vive en

aguas dulces pero otras especies se localizan en suelos húmedos. Hay algunas especies que

carecen de pigmentos fotosintéticos, tienen nutrición heterótrofa y viven en el interior de

diversos invertebrados acuáticos.

Diatomeas. Pertenecen al filum cromófitos. Son algas microscópicas que disponen de una

pared celular de sílice formada por dos piezas ornamentadas o frústulas a modo de caja.

Carecen de flagelos y pueden formar cadenas de células. Las diatomeas, que pueden ser

planctónicas o bentónicas (en los fondos acuáticos) son los productores primarios más

importantes en el medio marino y dulceacuícola.

Algas dinoflageladas o pirrófitos. Son unicelulares, fotosintéticas y tienen usualmente dos

flagelos dispuestos perpendicularmente. Muchas disponen de una pared celular o teca rígida

de celulosa y tienen almidón como sustancia de reserva. Algunas especies marinas, ante la

abundancia de nutrientes minerales, se reproducen tan rápidamente que llegan a teñir de rojo

deteminadas zonas marinas, son las llamadas mareas rojas.

Algunas especies del género Gonyaulax, que también son capaces de producir mareas rojas,

producen neurotoxinas que se acumulan sin producir efectos nocivos en animales filtradores

como los moluscos bivalvos y los crustáceos. Sin embargo, estas toxinas en los niveles tróficos

de consumidores secundarios, como los peces, mamíferos marinos e incluso la especie

humana, pueden producir graves envenenamientos e incluso la muerte.

Por este motivo el marisco (bivalvos y crustáceos) debe pasar por una fase de depuración

antes de ser puesto a la venta.

3.2. Protozoos

Son microorganismos unicelulares eucariotas heterótrofos que carecen de membrana de

secreción (pared celular). Tienen capacidad de desplazamiento, sensibilidad ante diferentes

estímulos y el modo de capturar el alimento y su metabolismo son similares a los animales.

Algunas especies pueden formar colonias de varios individuos.

Principales grupos de protozoos y sus características

Grupo Locomoción Reproducción

Otras

características

Mastigóforos o

flagelados

Flagelos Fisión

longitudinal

Por gametos

Viven en aguas

dulces o son

parásitos

Sarcodinos o

amebas

Pseudópodos Fisión simple o

múltiple

Por gametos

Algunos con teca

calcárea

(foraminíferos) o de

sílice (radiolarios)

Apicomplejos

o esporozoos

Contracción

del cuerpo

Alternancia

sexual y asexual

Esporulación

Son endoparásitos

Cilióforos o

ciliados

Cilios Conjugación Tienen dos núcleos y

una boca celular

(citostoma y

citofaringe)


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El tamaño de los protozoos puede oscilar de 3 a 800 micras. Viven en ambientes acuáticos o

terrestres muy húmedos y generalmente tienen vida libre. Algunos son comensales, viviendo

sobre otros organismos sin producirles daño alguno, y otros son parásitos, como los

apicomplejos o esporozoos.

Para desplazarse pueden utilizar los pseudópodos o cilios y flagelos.

Se pueden alimentar de bacterias, de algas unicelulares, de otros protozoos, de invertebrados

microscópicos como los rotíferos o simplemente de materia orgánica.

La reproducción es asexual y generalmente se puede producir de dos formas:

División binaria. A partir de un protozoo se producen dos individuos genéticamente

idénticos. Se realiza un proceso similar a la de la mitosis de las células de animales

pluricelulares.

Esporulación. Este tipo de reproducción se realiza de dos formas:

División múltiple. Es la formación de numerosos protozoos hijos a partir de uno solo,

lo que permite a estos protozoos parasitar numerosas células del hospedador en un corto

periodo de tiempo.

Conjugación. Es la fusión temporal de dos individuos a la que sigue un intercambio de

parte de su ADN, que da lugar a la formación de otros dos individuos con un genoma

algo diferente del original. De esta manera se favorece la variabilidad genética de la

especie.

3.3. Hongos microscópicos

Los hongos son organismos eucariotas unicelulares o pluricelulares carentes de pigmentos

fotosintéticos por lo que tienen nutrición heterótrofa. Para alimentarse, secretan enzimas

digestivas al exterior, sobre la materia orgánica alimenticia, y después absorben las pequeñas

moléculas originadas tras la digestión.

Características de los principales de los hongos

Grupo Tipos de

esporas

Hifas Hábitat Ejemplos

Zigomicetos Zigosporas Sifonadas El suelo y vegetales en

descomposición

Moho del pan

Ascomicetos Ascosporas Septadas El suelo y vegetales en

descomposición

Levaduras

Basidiomicetos Basidiosporas Septadas El suelo y vegetales en

descomposición

Setas

Oomicetos Oosporas Sifonadas El agua Mohos del

agua

Deuteromicetos Conidiosporas Septadas El suelo, los vegetales en

descomposición y sobre la

piel de los animales.

Penicillium,

pie de atleta

Según su alimentación se pueden distinguir:

Hongos saprofíticos. Se alimentan de materia orgánica en descomposición y contribuyen a

ella. Viven en ambientes terrestres, en el suelo o sobre materia vegetal muerta.

Hongos parásitos. Se alimentan a partir de la materia orgánica de plantas o animales

vivos.

Los hongos microscópicos, según el número de células se dividen en:


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Hongos unicelulares. Destacan entre ellos las levaduras, que se reproducen

asexualmente por gemación, nunca forman hifas. Viven principalmente en medios muy

azucarados, como las frutas o las flores. Muchas levaduras, por los procesos fermentativos que

desarrollan, son utilizadas industrialmente para la obtención de productos comestibles. Por

ejemplo, las levaduras del género Saccharomyces se emplean para elaborar bebidas ricas en

alcohol etílico (fermentación alcohólica), como el vino, la sidra y la cerveza y para la obtención

del pan.

Como especie de levadura patógena podemos citar Candida albicans, que provoca la

candiadiasis una afección vaginal. Se encuentra en las membranas superficiales y en las

mucosas de todos nosotros de forma normal, siendo su crecimiento controlado por el sistema

inmune y otras bacterias. Cuando su crecimiento supera ciertos límites se produce la infección.

Hongos pluricelulares. Como los mohos, que son hongos filamentosos constituidos por

hifas. Son muy abundantes en la naturaleza y se pueden apreciar sobre el pan húmedo

(género Rhizopus), el queso o las frutas maduras (género Penicillium) porque forman una fina

capa parecida al fieltro o al terciopelo. Las esporas de los mohos se forman sin que haya

reproducción sexual previa, en el extremo de hifas especiales, los conidios.

En 1928 el médico escocés Alexander Fleming descubrió por casualidad el antibiótico

penicilina. Uno de los cultivos de Staphylococcus aureus se contaminó con el moho Penicillium

notatum. Fleming comprobó que, en las proximidades del hongo, las colonias de bacterias no

presentaban crecimiento bacteriano, llevándole a pensar que el moho segregaba una sustancia

natural con efectos antibacterianos: la penicilina. Aunque continuó algún tiempo con sus

investigaciones, las dificultades para purificar y obtener la penicilina fueron tan insalvables que

su descubrimiento pasó desapercibido.

Fue durante la segunda guerra mundial, cuando los científicos aliados retomaron los

experimentos de Fleming. Así el alemán Ernst Boris Chain y el australiano Howard Walter

Florey desarrollaron un método de purificación de la penicilina que permitió la síntesis u la

distribución comercial.

Recuerda:

Parasitismo. Relación en la que un organismo vive a expensas de otro (huésped), al

que causa trastornos conocidos con el nombre de enfermedad. Estos organismos se

denominan patógenos. Hay ciertas bacterias que solo son patógenas si disminuyen

las defensas del organismo en el que viven; en este caso se denominan oportunistas.

Simbiosis: relación intima entre dos organismos (por ejemplo una bacteria y otro

organismo) que son imprescindibles para su supervivencia.


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4. Los virus

Los virus son partículas microscópicas, de estructura muy sencilla y de tamaño no superior a

los 2 500 Å.

No tienen estructura celular ya que carecen de citoplasma con las enzimas necesarias para

realizar un metabolismo. Se pueden considerar formas de organización acelular, junto a los

viroides y los priones.

Podemos definir las formas acelulares (virus, viroides y priones) como moléculas y complejos

supramoleculares, con mayor o menor grado de autonomía, que son capaces de producir

alteraciones en los organismos a los que infectan.

Los virus pueden presentar dos fases:

Fase extracelular. Se encuentran fuera de las células y son totalmente inertes. A los virus,

en su fase extracelular se les denomina partículas víricas o virión. En esta fase el virus es

metabólicamente inerte y actúa como vehículo de transporte del ácido nucleico. Su

comportamiento es semejante al de una sustancia química, pudiendo incluso cristalizar.

Fase intracelular. Se adhieren a la superficie de células (el hospedador) e introducen en

ellas su genoma vírico (de ADN o ARN). De esta manera se pueden reproducir, ya que el

genoma vírico es capaz de replicarse y de dirigir la síntesis de cubiertas de nuevos virus

utilizando la materia, la energía y el sistema enzimático de la célula hospedadora.

Los virus se clasifican atendiendo a diversos criterios: según el hospedador al que parasiten, el

tipo de material genético o la forma de la cápsula proteica.

Los virus son formas acelulares microscópicas compuestas por un ácido nucleico rodeado de

una cubierta proteica que lo protege del medio. Los virus son parásitos intracelulares

obligados, es decir, tienen un requerimiento absoluto de la célula huésped viva para

multiplicarse.

4.1. Estructura de los virus

Los virus están constituidos por tres elementos:

Genoma vírico. Se compone de una o varias moléculas de ADN o de ARN pero nunca de los

dos simultáneamente. El ácido nucleico de los virus puede ser de cadena lineal o circular, y

monocatenaria o bicatenaria. Ciertos virus (los retrovirus) llevan dos copias idénticas de su

genoma.

Cápsida. Es la cubierta proteica que envuelve al genoma vírico. Protege el ácido

nucleico y, en los virus carentes de cubierta membranosa, reconoce los receptores de

membrana de las células a las que el virus parasita. El conjunto del genoma vírico y la

cápsida se denomina nucleocápsida.

La cápsida está formada por subunidades denominadas capsómeros, que son

proteínas globulares colocadas de manera regular y simétricas. Según su disposición

se distinguen:

Cápsida icosaédrica. Es una estructura poliédrica con 20 caras triangulares,

12 vértices y 30 aristas. Ejemplo el virus de las verrugas, el del resfriado

común y el de la faringitis.

Cápsula helicoidal. Está formada por capsómeros idénticos dispuestos

helicoidalmente, formando una estructura tubular hueca en cuyo interior se

sitúa el ácido nucleico. Un ejemplo es el virus del mosaico del tabaco.

Capsida compleja. Se encuentra en bacteriófagos, que son virus

especializados en parasitar bacterias. Se compone de dos partes: la cabeza, de

tipo icosaédrico y que contiene el ácido nucleico, y la cola, adaptada para la

inyección del ácido nucleico en el interior de la bacteria. En la base de la cola

hay una placa basal que posee espinas y a la que se unen fibras caudales.

Cubierta membranosa. Es una envoltura que rodea la nucleocápsida, compuesta

de una doble capa lipídica procedente de la membrana plasmática de la célula

hospedadora y de glucoproteínas (espículas) incluidas en ella, cuya síntesis está

controlada por el genoma vírico. La función de las espículas es reconocer a la futura


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célula hospedadora, fijarse a ella y la inducción de la penetración del virión en ella.

Está presente en ciertos virus como el de la rabia, la hepatitis, la gripe, la viruela o el

sida.

Enzimas. Aunque un virión es metabólicamente inerte, algunos de ellos poseen

enzimas que desempeñan funciones en el proceso de infección. Como ejemplo

podemos citar la transcriptasa inversa una enzima que transcribe el ARN vírico a un

ADN intermediario, o la lisozima de ciertos bacteriófagos que degradan parte d eela

pared bacteriana.

4.2. Clasificación de los virus

La clasificación se hace atendiendo a diferentes criterios.

Según el huésped al que parasitan: distinguimos tres tipos: virus animales (virus

Ébola, HIV, virus herpes, adenovirus, poliovirus…) virus vegetales (virus del mosacio

del tabaco) y bacteriófagos (virus que infectan a bacterias, como el bacteriófago T2 o

el T4).

Según el material hereditario que poseen: distinguimos virus con ADN (de cadena

sencilla o doble) y virus con ARN (de cadena sencilla o doble).

Ejemplos:

Virus ADN monocatenario: parvorirus

Virus ADN bicatenario: herpesvirus (herpes y varicela), virus de la hepatitis.

Virus ARN monocatenario: Virus de la rabia, sarampión, gripe, rubéola, retrovirus

(virus HIV y algunos oncogénicos)

Virus ARN bicatenario: rotavirus (responsables de gastroenteritis en los niños)

Según la forma de la cápsida: Pueden ser icosaédrica (ejemplo virus que producen

enfermedades respiratorias, faringitis, gastroenteritis…), helicoidal (ejemplo virus del

mosaico del tabaco) o compleja (bacteriófagos).

Presencia o no de envoltura. Como ejemplos de virus con envoltura podemos citar

al virus de la gripe, virus herpes simple, HIV… Como virus sin envoltura podemos

citar: rotavirus (responsable de la mayor parte de gastroenteritis en los niños) o los

adenovirus (causantes de los resfriados)

4.3. Multiplicación vírica: El ciclo de los virus

Los virus presentan mecanismos que les permiten reproducirse dentro de la célula

hospedadora, desarrollando un complejo ciclo vital para obtener la energía y la materia

necesarias para sintetizar nuevos ácidos nucleicos y capsómeros.

El ciclo vital puede desarrollarse de dos formas, el ciclo lítico, que lo realiza por ejemplo el

bacteriófago T4 y el ciclo lisogénico, propio de los virus atenuados.

4.3.1. Ciclo lítico

Este ciclo conduce a la destrucción (lisis) de la célula hospedadora y lo presentan, por ejemplo,

los bacteriófagos. El proceso ocurre en varias fases:

Fase de fijación o adsorción a la célula hospedadora. Hay una gran especificidad entre

los virus y sus futuras células hospedadoras. En estas existen diversas moléculas (proteínas,

polisacáridos o complejos lipoproteínas-polisacáridos) que actúan como receptores para la

adhesión de los viriones. En esta fase, los bacteriófagosse fijan a través de las puntas de las

fibras caudales, mediante enlaces químicos y posteriormente de forma mecánica, clavando las

espinas basales en la pared de la bacteria.

Esta fijación es una interacción química en la que se establecen enlaces débiles entre los sitios

de fijación y los receptores.

Fase de penetración y descapsidación. Tras la fijación tiene lugar la entrada del virión

completo o parte de él en el interior de la célula.

Para ello el bacteriófago perfora la pared celular de la bacteria mediante lisozimas situadas en

su placa basal. Luego contrae la vaina de la cola e introduce su ADN a través del orificio

practicado, con lo que el genoma vírico pasa directamente al citoplasma bacteriano.


11


Los virus con envoltura pueden ingresar por fusión de la cubierta viral con la membrana

plasmática y liberar la nucleocápsida desnuda en el interior e la célula. Otros virus con

envoltura ingresan mediante endocitosis. La membrana celular se pliega hacia dentro

formando una estructura denominada endosoma que contiene el virión completo. La envoltura

vírica se fusiona con la membrana del endosoma y libera la nucleocápsida en el interior celular.

La descapsidación o eliminación de la cubirta es la separación del ácido nucleico de la cubierta

proteica, con el fin de que sea accesible a las enzimas implicadas en los procesos de

replicación y transcripción.

Fase de eclipse. Es el momento de mayor actividad metabólica inducida por el ADN del

virus. Inicialmente, el ADN vírico, utiliza nucleótidos y la enzima ARN-polimerasa de la bacteria

para dirigir la síntesis de gran cantidad de ARNm viral (transcripción). Este ARNm viral sirve

de base para la síntesis de proteínas del virus como los capsómeros, enzimas

endonucleasas (las cuales destruyen el ADN bacteriano e impiden su duplicación) y enzimas

endolisinas. El ADN vírico sufre múltiples procesos de replicación utilizando para ello los

complejos enzimáticos de la bacteria.

Fase de ensamblaje. Los capsómeros recién formados se reúnen formando cápsidas

mientras que las nuevas moléculas de ADN víricos se pliegan y penetran en las cápsidas.

Fase de lisis o liberación. Debido a la acción de la enzima endolisina se produce la lisis de

la bacteria ( y por tanto su muerte) y los nuevos viriones formados salen al exterior y pueden

infectar a otras bacterias.

4.3.2. Ciclo lisogénico

Los virus atenuados, provirus o profagos (como por ejemplo los virus de las verrugas y los

retrovirus), no destruyen las células que infectan, y su genoma pasa a incorporarse al ADN de

la célula hospedadora o célula lisogénica.

El ADN del profago puede permanecer en forma latente durante varias generaciones celulares,

hasta que un estímulo determinado induzca la separación del ADN del profago del ADN celular.

En este momento el ADN del profago iniciará un ciclo lítico típico desde la fase de eclipse.

Mientras la célula lisogénica posea el ADN profago será inmune frente a las infecciones de este

mismo virus. Esta inmunidad se heredará de generación en generación de la célula

hospedadora, ya que el ADN profago se hereda junto con el ADN celular.

4.4. Algunos virus patógenos frecuentes

El virus de la gripe (influenza). Se trata de un virus helicoidal con envoltura en la que

sobresalen espículas (glicoproteínas) formadas por dos tipos de proteínas (antígenos

principales): las hemaglutininas (H), de las que hay 16 subtipos diferentes (H1, H2,

H3…H16); y las neuraminidasas (N), de las que existen 9 subtipos (N1, N2 …N9). Estas

proteínas son objetivos para los fármacos antivirales. Además cumplen una función de

antígeno al que los anticuerpos pueden fijarse. El genoma es ARNmc-fragmentado. Existen

tres tipos de virus de la gripe: A, B y C. Los virus A y B provocan las epidemias de gripe de

todos los inviernos. El virus C causa infecciones leves o asintomáticas. El virus de la gripe A

infecta al ser humano y a otros mamíferos y, en especial, a las aves tanto silvestres como de

granja. Los diferentes tipos de virus se diferencian entre ellos por las combinaciones entre las

hemoglutininas y las neuraminidasas (ejemplo H5N1). Los subtipos más frecuentes de virus A

que actualmente están en circulación entre humanos y son anualmente incluidos en la vacuna

antigripal son A (H1N1) y A (H3N2). La capacidad de los virus de la gripe para producir

epidemias deriva de su facilidad para sufrir variaciones en las proteínas H y N.

A lo largo del siglo XX se han producido tres grandes pandemias gripales, todas ellas causadas

por virus gripales del tipo A, correspondiéndose con la aparición de los subtipos H1N1 (1918,

gripe española), H2N2 (1957, gripe asiática) y H3N2 (1968, gripe de Hong Kong).

Virus de la familia de herpesvirus, que incluye el virus varicela-zóster, que causa la

varicela, y el virus herpes simple, causante del herpes labial. Estos virus pueden existir dentro

del organismo en estado latente, relativamente sin efectos.


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Algunos virus pueden causar cáncer en los seres humanos, como los virus de la hepatitis B

y el de la hepatitis C, que ocasionan cáncer de hígado y el virus del paliloma humano

(papilomavirus), que provocan el cáncer de piel, ano, pene y cuello uterino.

5. Viroides y priones

A pesar de la simplicidad estructural de los virus, se conocen otros agentes infecciosos que son

más simples todavía:

Viroide. Es una pequeña molécula de ARN, de solo unos pocos cientos de nucleótidos

(entre 300 y 400 nucleótidos), de forma circular y monocatenaria, sin ningún tipo de cubierta

(desnudos) y que infecta células vegetales. La infección por viroides generalmente causa una

disminución del crecimiento de la planta y un desarrollo anormal.

La enfermedad cadang-cadang, que es una infección de viroides, ha sido la causante de la

desaparición casi por completo de los cocoteros en muchas zonas de las islas Filipinas. Otra

enfermedad de viroides afecta a la patata.

Priones. Son proteínas con la misma o casi la misma secuencia de aminoácidos que una

proteína normal, pero que tienen una forma espacial distinta, es decir, un plegamiento

anormal, y son capaces de inducir a las proteínas normales de la célula a adoptar la forma del

prión.

Generalmente, los priones son proteínas de membrana de las neuronas, por lo que suelen

provocar enfermedades neurovegetativas. El hecho de que el número de priones del enfermo

aumente con el tiempo hizo pensar en que los priones, a pesar de carecer de ácidos nucleicos,

eran capaces de autorreplicarse. Posteriormente se pudo observar que los nuevos priones en

realidad eran proteínas normales cuya forma se había alterado al contactar con priones

adyacentes.

Uno de los priones mejor estudiados posee 250 aminoácidos en su cadena y su tamaño es

100 veces menor que los virus más pequeños.

Una concentración elevada de proteína prión, que aparece en una conformación anormal y que

produce la acumulación en el cerebro es la causa de las encefalopatías espongiformes

transmisibles (EET). Las EET se caracterizan porque el cerebro del enfermo presenta

numerosas vacuolas que dan un aspecto de esponja. Entre las EET destacan:

El síndrome de Creutzfeld-Jakob, que afecta a seres humanos, el scrapie (“tembladera de las

ovejas”) y el mal de las vacas locas, que afecta al ganado vacuno.

Los priones son resistentes a tratamientos físicos y químicos por lo que, de momento, no

existe ningún tratamiento para combatirlos.


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6. Teoría de la generación espontánea Antiguamente se creía que los seres vivos surgían por generación espontánea, a partir de la

materia orgánica en descomposición. Esta creencia se basaba en observaciones cotidianas

como la aparición de larvas en alimentos en descomposición, moscas de la carne podrida o

ratones del estiércol.

El primer científico en cuestionarse la generación espontánea fue Francesco Redi, que en

1668 diseñó el siguiente experimento. Metió un trozo de carne en un recipiente abierto y otro

en uno cubierto por una rejilla. Al cabo del tiempo observó que en ambos recipientes la carne

se había descompuesto, pero solo aparecían larvas en el frasco abierto.

Redi concluyó que las larvas no surgían por sí solas, sino que procedían de los huevos que las

moscas habían puesto sobre la carne.

El experimentó fue muy criticado por la sociedad de la época y no sirvió para rechazar

totalmente la generación espontánea.

En el siglo XVII aún continuaba la polémica. Fue Louis Pasteur en 1860 quien logró demostrar

la falsedad de la tradicional creencia de la generación espontánea. Con sus experimentos

demostró que son los microorganismos del aire los que descomponen la materia orgánica,

concluyendo que todo ser vivo procede de otro ser vivo.

1. Pasteur vertió caldo de carne en dos matraces de cuello largo y estrecho, que curvó a la

llama.

2. Hirvió el líquido de cada matraz para esterilizarlo. Al cabo de varios días, comprobó que

el caldo no se estropeaba

3. Cortó el cuello de uno de los matraces y al cabo de unos días observó que el caldo que

contenía se había descompuesto.

Pasteur concluyó que en ambos matraces entraba aire, pero los microorganismos se

quedaban retenidos en el cuello, lo que impedía que se estropease el caldo. Al romper el

cuello, los microorganismos presentes en el aire podían entrar, contaminando el caldo.

7. Métodos de estudio de los microorganismos El estudio y manipulación de los microorganismos en el laboratorio requiere de la utilización

de una serie de técnicas particulares.

7.1. Esterilización La esterilización consiste en la eliminación total de los microorganismos de los medios de

cultivo, del material y de los utensilios del laboratorio. La esterilización se puede llevar a

cabo de diferentes formas:

a) Esterilización por calor. La utilización de este método y su eficacia depende de dos

factores: el tiempo de exposición y la temperatura.

Todos los microorganismos son susceptibles, en distinto grado, a la acción del calor. El calor

provoca desnaturalización de proteínas, fusión y desorganización de las membranas y/o

procesos oxidantes irreversibles en los microorganismos. El método de esterilización por

calor más frecuente es la esterilización por calor húmedo. Para ello se utiliza el vapor

caliente, mediante el empleo de un aparato denominado autoclave (aparatos herméticos

que alcanzan temperaturas y presiones elevadas, en un ambiente húmedo). Gracias al calor

húmedo se produce la muerte de los microorganismos, incluidas las endosporas, resistentes

al calor. Otro método de esterilización por calor es el calor seco, utilizado para esterilizar

material de vidrio. Para ello se emplean hornos a temperaturas muy altas y tiempos muy

largos (media hora a dos horas).

Otro método de esterilización por calor seco se logra al flamear las asas de siembra. Para

ello el filamento se sitúa en la zona caliente del mechero hasta que esté al rojo vivo. A

continuación se deja enfriar sin que entre en contacto con ninguna superficie.

b) Esterilización por productos químicos. Para ello se emplean determinados productos

químicos, que pueden bien matar a los microorganismos o inhibir su crecimiento. Se


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emplean estas sustancias sobre todo para limpiar superficies antes y después de haber

trabajado con microorganismos. Dentro de los productos químicos tenemos los

desinfectantes, que se utilizan para esterilizar objetos inanimados. Los antisépticos, por el

contrario matan o inhiben el crecimiento microbiano, pudiéndose utilizar sobre tejidos vivos.

c) Esterilización por filtración. Se emplean filtros que poseen poros suficientemente

pequeños para que los microorganismos no pasen a través de ellos, pero si permiten el paso

de líquidos o gases.

d) Esterilización por radiaciones. Para ello se emplean diferentes radiaciones

electromagnéticas: microondas, ultravioleta. Rayos X, rayos ganma… Se emplea este

método sobre todo para esterilizar el material de plástico, como jeringuillas y pacas de Petri.

7.2. Pasteurización

Es un proceso utilizado especialmente en la industria alimentaria. Consiste en reducir la

población microbiana presente en los alimentos. El término se debe a Pasteur, quien utilizó

esta técnica utilizando calor para controlar el deterioro del vino. Actualmente se emplea

para prolongar el periodo de almacenamiento de la leche y sus derivados. La pasteurización

se consigue elevando la temperatura l 71 ºC durante un tiempo muy corto, de unos 15

segundos.

7.3. Técnicas de cultivo

Un cultivo es un conjunto de células microbianas creciendo

sobre o en un medio.

El medio es un preparado sólido o líquido que contiene

nutrientes para el cultivo (crecimiento) de microorganismos,

células animales o tejidos vegetales.

Entre los nutrientes que los microorganismos precisan destacan

una fuente de carbono y una fuente de nitrógeno.

Los medios sólidos son adecuados para el cultivo de bacterias y hongos y se preparan

mezclando una solución de uno o varios nutrientes líquidos con un agente gelificante

(generalmente agar-agar, un polisacárido procedente de algas rojas) .

El medio debe estar esterilizado antes de usarse para el crecimiento, esto permite la obtención

de cultivos puros o axésicos, formados por una sola especie de microorganismo

7.4. Agentes antimicrobianos químicos

Se utilizan en gran cantidad en lugares como hospitales, escuelas, domicilios particulares,

lugares públicos e industrias. Actúan tanto sobre sustratos biológicos como objetos inanimados. Se pueden distinguir varios tipos de agentes químicos:

Esterilizantes. Destruyen todas las formas microbianas de las superficies que son tratadas.

Por ejemplo el formaldehído y el glutaraldehído.

Desinfectantes. Eliminan a los microorganismos que producen enfermedades infecciosas,

pero no destruyen a las esporas microbianas. Se utilizan para tratar superficies inanimadas.

Como los hipocloritos (lejía), los compuestos fenólicos, que se emplean en la desinfección de

superficies, y el sulfato de cobre, que actúa como alguicida en piscinas y albercas.

Antisépticos. Son sustancias que se usan contra los microbios presentes en las heridas

sufridas en la piel de animales. El etanol al 70 %, la solución de yodo, el agua oxigenada (peróxido de hidrógeno o H2O2), el jabón y los detergentes.

Los agentes quimioterapéuticos presentan una toxicidad selectiva, es decir, atacan a los

microbios que causan la enfermedad pero sin dañar a las células de los tejidos del hospedador. Existen dos tipos, según sea su origen natural o artificial:

Antibióticos. Son de origen natural y se producen en el metabolismo de algunas bacterias

del grupo de las actinomicetales y en ciertos hongos filamentosos. Su composición química es


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variada y en función de ellas se han establecido distintas familias de antibióticos. Son muy

útiles para el tratamiento de enfermedades producidas por bacterias, y algunos también tienen

efectos contra los hongos patógenos. Su mecanismo de acción consiste en: inhibir la síntesis

de la pared bacteriana, destruir los fosfolípidos de las membranas celulares o inhibir la síntesis del ADN y ARN y de las proteínas.

Los antibióticos de amplio espectro ejercen su acción sobre una gran variedad de

microorganismos. Algunas bacterias son resistentes a ciertos antibióticos porque los inactivan

o bien sus cubiertas no son permeables al antibiótico. A partir de bacterias sensibles a los

antibióticos, debido a las mutaciones, aparecen cepas que resisten su acción.

La actividad antimicrobiana de los antibióticos se puede calcular realizando pruebas de

laboratorio como el método de difusión en agar-agar, que consiste en colocar pequeños

discos de papel impregnados de diferentes antibióticos en un cultivo homogéneo en agar-agar

de una determinada bacteria. Al poco tiempo se empieza a observar un halo alrededor de cada disco, que indica el efecto del antibiótico al inhibir el crecimiento de bacterias.

La concentración mínima de antibiótico que es capaz de inhibir el crecimiento bacteriano se

calcula mediante la prueba denominada técnica de concentración en tubos. Se preparan

soluciones de concentraciones crecientes del antibiótico en diferentes tubos de ensayo y

después se inocula en ellos la bacteria que se quiere probar. El enturbiamiento del líquido

indica el crecimiento de las bacterias. A la concentración mínima de antibiótico en la que las bacterias no crece se llama concentración inhibitoria mínima.

Agentes quimioterapéuticos sintéticos. Las sulfonamidas o sulfamidas interfieren en

algunas reacciones importantes en los microbios patógenos e inhiben su crecimiento. La

isoniacida se utiliza contra la tuberculosis, el AZT disminuye los efectos infecciosos del virus

del sida. La cloroquina se utiliza contra la malaria y la pentamidina contra la enfermedad del sueño.

8. Crecimiento microbiano Cuando se siembran microorganismos en un medio de cultivo apropiado, los mismos

comienzan a dividirse activamente empleando los nutrientes que le aporta el medio de cultivo

para "fabricar" nuevos microorganismos. Este proceso continúa hasta que algún nutriente del

medio de cultivo se agota (sustrato limitante) y el crecimiento se detiene. También puede

detenerse el crecimiento por acumulación de alguna sustancia inhibidora formada por los

mismos microorganismos.

Si analizamos el crecimiento microbiano en el tiempo, en un cultivo cerrado en el que no se

añaden nuevos nutrientes, las poblaciones experimentan una típica curva de crecimiento que

puede ser dividida en varias: fase de latencia, fase exponencial, fase estacionaria y fase de muerte.


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a) Fase de latencia. Cuando una población microbiana es inoculada en medio fresco, el

crecimiento generalmente se produce transcurrido un cierto tiempo. Durante esta fase hay

muy poco incremento en el número de células, hasta que las células adaptan su metabolismo a las nuevas condiciones del cultivo.

b) Fase exponencial . Una vez adaptadas a las nuevas condiciones, las poblaciones crecen

exponencialmente, es decir, se duplican cada cierto tiempo. La velocidad de crecimiento

exponencial varía mucho de un organismo a otro. En general, las bacterias crecen con mayor

rapidez que los organismos eucariotas y los eucariotas pequeños se desarrollan más aprisa que los grandes

c) Fase estacionaria . Cuando no se suministran nutrientes al medio de cultivo, se agotan los

nutrientes esenciales y se acumulan sustancias de desecho. De esta forma se inhibe el

crecimiento del cultivo, que entra en fase estacionaria, en la que no se observa un aumento

del número de células. En esta fase el porcentaje de formación de nuevas células está en equilibrio con el de muertes.

d) Fase de muerte. El número de células disminuye gradualmente, debido al agotamiento de

las reservas intracelulares, a la falta de nutrientes y a la acumulación de productos tóxicos en el medio.

A pesar de todo, los cultivos microbianos pueden mantenerse de forma indefinida en la fase

exponencial. Esto se consigue suministrando continuamente nutrientes al medio, al tiempo que

se van eliminando los desechos tóxicos y se añaden nuevos microorganismos.

9. Técnicas de tinción de microorganismos

El tamaño de la mayoría de las células bacterianas es tal que resultan difíciles de ver con el

microscopio óptico. La principal dificultad es la falta de contraste entre la célula y el medio que

la rodea. El método más simple para aumentar el contraste es la utilización de colorantes.

Estos pueden emplearse para distinguir entre tipos diferentes de células o para revelar la

presencia de determinados constituyentes celulares, tales como flagelos, esporas, cápsulas,

paredes celulares, centros de actividad respiratoria, etc.

Para observar los microorganismos, debido a su pequeño tamaño, se utilizan técnicas

microscópicas (microscopio óptico2 y electrónico). Para ello debemos de teñir, en la mayoría de

los casos, las preparaciones para que puedan ser observadas.

Las técnicas de tinción pueden ser:

Tinción simple: Se utiliza un único colorante (por ejemplo azul de metileno, cristal

violeta, etc.) Este tipo de tinción se utiliza para aumentar el contraste.

Tinción diferencial: Se utilizan varios colorantes. La más utilizada es la tinción de

Gram, para distinguir dos tipos de bacterias, las Gram positivas, que retienen el

colorante fundamental (cristal de violeta), y las Gram negativas, que pierden el

colorante fundamental al ser lavadas con alcohol y se tiñen con el colorante de

contraste ( safranina)

2 Recuerda que los virus son solo observables al microscopio electrónico.


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10. Los microorganismos patógenos

La gran mayoría de los microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Incluso

muchos de ellos se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los tejidos de los

animales, viviendo en su piel, en sus conductos respiratorios o digestivos. A estos microorganismos se les denomina flora microbiana.

Los microorganismos patógenos producen enfermedades a las plantas, a los animales y a

las personas. Estos microbios manifiestan sus efectos nocivos cuando se encuentran en el

interior de los seres vivos. La penetración en ellos suelen efectuarla a través de heridas o

mediante los conductos naturales de los animales como los digestivos, respiratorios o

genitourinarios. Por otro lado, los microorganismos oportunistas solo son patógenos en determinadas condiciones, por ejemplo si disminuyen las defensas de los animales.

10.1. Enfermedades infecciosas

Muchas enfermedades infecciosas pueden suponer una amenaza para la supervivencia de la

humanidad. El progresivo control de estas enfermedades es posible por el conocimiento y los

avances sobre los agentes y los procesos de estas enfermedades y por el descubrimiento de

los antimicrobianos. Se diferencian varios tipos de enfermedades infecciosas según su distribución y su incidencia:

Epidemia. Si se producen, a la vez, muchos casos de individuos enfermos de la misma

enfermedad en una determinada comunidad o área geográfica pequeña.

Pandemia. Es una enfermedad infecciosa distribuida por una zona extremadamente amplia

de la Tierra.

Enfermedad endémica. Si una enfermedad infecciosa afecta de manera constante a una determinada comunidad, pero con una incidencia no muy alta.

Los animales o plantas sobre los que viven y se reproducen los microorganismos patógenos y

que les provocan una enfermedad infecciosa se denominan hospedadores definitivos del

microbio. También hay otros microorganismos que necesitan ser transmitidos por otro animal

de un hospedador definitivo a otro, a estos animales se les denomina hospedadores intermediarios y pueden no sufrir los efectos de la enfermedad.

Algunas enfermedades infecciosas que se producen en diversos animales, como el ganado

vacuno, los cerdos, los perros, los murciélagos y los conejos, pueden transmitirse

posteriormente a la especie humana por el contacto con esos animales. A estas enfermedades

se las denomina zoonosis y en el proceso intervienen los siguientes elementos:

Reservorios. Son aquellos lugares donde los patógenos pueden sobrevivir fuera de los

hospedadores y desde donde pueden iniciar la infección.

Vectores. Son los seres vivos imprescindibles para la transmisión del microorganismo

patógeno hasta el hospedador definitivo.

Portadores. Son personas que no tienen síntomas de una enfermedad infecciosa, pero

llevan en su interior el microbio patógeno que la provoca y, por tanto, son potenciales

transmisores de ella. Puede ser que el microbio esté aún en fase de incubación o bien que esté

en forma latente, si los portadores han padecido la enfermedad y la han superado.

Cuarentena. El aislamiento o limitación de movimientos de personas y animales que están

infectados. Afecta al tiempo más largo de posible contagio de la enfermedad. En fiebre amarilla, peste, cólera, fiebre tifoidea y fiebre recurrente.

Flora normal: Muchos microorganismos se han adaptado a las condiciones especiales que

tienen los distintos tejidos de un animal, viviendo en ellos, en su piel, en sus conductos

digestivos o respiratorios, son la llamada flora normal o biota normal. La flora bacteriana

normal constituye incluso una barrera defensiva más del organismo frente a los patógenos

potenciales. Por ejemplo, las zonas anaerobias del intestino grueso están pobladas por


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bacterias del género Clostridium y Bacteroides. Tratamientos prolongados con antibióticos de

amplio espectro pueden provocar la eliminación o disminución de la flora intestinal y permitir la

colonización de microorganismos patógenos (por ejemplo Staphylococcus o levaduras como

Candida albicans).

En muchos casos la flora normal modula las condiciones físico-químicas del nicho que ocupa,

haciéndolo difícil de colonizar. Por ejemplo, la flora normal de la vagina mantiene el pH entre

3,5 y 4,5. Esta acidez impide el desarrollo de Candida albicans (si esta prolifera produce

vaginitis).

E. coli (bacteria beneficiosa, ya que contribuye a la digestión de los ácidos biliares y aporta

vitaminas al organismo) se vuelve oportunista si alcanza otras zonas, como la vejiga urinaria

(causando infecciones urinarias) o el sistema nervioso (meningitis).

10.2. Infección microbiana

La infección microbiana es la invasión de microorganismos patógenos a un ser vivo, que puede causar una enfermedad o no producir daños en el hospedador.

La adherencia a las células del hospedador es el primer paso de la infección de un microbio a

un ser vivo. En este proceso intervienen macromoléculas de la superficie del microbio, como

las que se encuentran en las cubiertas de virus y bacterias, o bien intervienen las fimbrias, en el caso de las bacterias. Suele existir especificidad de hospedador y de tejidos.

Los microbios patógenos frecuentemente penetran a través de los epitelios mediante pequeñas

heridas. Primero se produce un foco de infección situado muy cerca del lugar de entrada del

microbio, donde este se localiza y reproduce. Espinillas y forúnculos son casos comunes de

focos infecciosos producidos por bacterias del grupo de los Staphylococcus. Después los

microbios pueden acceder a la circulación sanguínea, a las vías linfáticas y a los ganglios

linfáticos, donde se inicia la defensa inmunológica de tipo celular del hospedador. La

inflamación de los ganglios linfáticos es un claro indicio de infección microbiana. Si los

microorganismos alcanzan los vasos sanguíneos, se extienden a otras partes del cuerpo del

hospedador, pudiendo concentrarse en tejidos específicos como el hígado o bien producirse

una infección generalizada.

10.3. Factores de virulencia

La manifestación en la que un microorganismo patógeno es capaz de producir una enfermedad

se llama virulencia. El mecanismo por el que los microorganismos son patógenos, o factor

de virulencia, se debe a sustancias con efecto tóxico que ellos producen. Como por ejemplo

las toxinas y ciertas enzimas segregadas por los patógenos al medio.

Toxinas. Hay dos categorías de toxinas según se liberen o no al exterior:

Exotoxinas. Suelen ser proteínas solubles con gran especificidad para ciertos tejidos,

como pueden ser las neurotoxinas, que atacan a las células del sistema nervioso, y

enterotoxinas, que afectan a las células epiteliales digestivas causando diarreas.

Inducen en el cuerpo de los hospedadores la síntesis de anticuerpos específicos

denominados antitoxinas. Las toxoides o anatoxinas son exotoxinas que pierden su

carácter tóxico si se calientan o si se tratan con ciertas sustancias químicas como el

formaldehído, pero que todavía pueden inducir la producción de antitoxinas. El

botulismo, el cólera, la difteria y el tétanos son producidas por exotoxinas.

Endotoxinas. Son moléculas estructurales de la membrana externa de la pared celular

de bacterias Gram −. Su composición química es de tipo lipopolisacárido y su actividad

tóxica la tienen tanto si están formando parte de la pared celular intacta, como si son

liberadas al medio cuando se desintegra.

Enzimas extracelulares. Como la hialuronidasa, la coagulasa, la lecitinasa, la leucocidina y

las hemolisinas. Bacterias como Staphylococcus aureus y Streptococcus pyogenes producen

hialuronidasa, enzima que hidroliza el ácido hialurónico, uno de los componentes del cemento


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extracelular, por lo que la cohesión entre las células disminuye y las bacterias tienen más

facilidad para invadir el tejido. Otra bacteria, Clostridium perfringens, segrega lecitinasa que hidroliza los lípidos de membrana de las células del hospedador.

11. Las enfermedades infecciosas

Las enfermedades microbianas se pueden clasificar en función de los distintos

microorganismos capaces de originarlas o a partir del medio en que son transmitidas. Las

enfermedades infecciosas se transmiten por contacto directo, por el aire, por vía sexual, por el agua o los alimentos o bien mediante vectores animales.

11.1. Enfermedades transmitidas a través de heridas en la piel

La mayoría de los microorganismos patógenos aprovechan las roturas de la piel, como heridas

o incisiones quirúrgicas, para invadir a sus hospedadores. Aunque algunos de ellos pueden

penetrarlos a través de la piel. Estos microorganismos pueden estar presentes sobre la piel del

animal, encontrarse en el objeto que ha producido la herida o bien provenir del suelo, de la

ropa contaminada, de las heces humanas o incluso de la orina. Es muy importante tratar

inmediatamente las heridas con un agente desinfectante y proteger la zona herida. Las enfermedades transmitidas a través de la piel más representativas son:

Rabia. Es causada por el virus de ARN con envoltura, Rhabdovirus, que ataca al sistema

nervioso. Se transmite por la mordedura de perros, gatos o murciélagos. Los síntomas son

fiebre, alucinaciones, desorientación, hiperactividad e hidrofobia y aparecen de tres a ocho

semanas después de la mordedura. Se trata mediante sueroterapia y se previene con una

vacuna.

Tétanos. La bacteria Clostridium tetani se encuentra esporulada en el suelo y en el intestino

de animales herbívoros. Produce una potente neurotoxina que altera el sistema nervioso,

provocando la contracción violenta e involuntaria de músculos como los del cuello y las

mandíbulas. La mortalidad es más del 50 %. Se trata con relajantes musculares y antitoxinas.

Dermatomicosis. Es producida por hongos dermatófitos que provocan lesiones en la piel. Se trata con fungicidas como la nistalina.

11.2. Enfermedades transmitidas a través del aire

Muchos microbios se transmiten por el aire dentro de microgotas de humedad (aerosoles) o

sobre partículas de polvo. Estas partículas pueden proceder de personas enfermas que las

expelen a través, por ejemplo, del estornudo o de la tos, o incluso al hablar, o bien proceden

del medio ambiente contaminado. La inhalación por parte de personas sanas de estas

microgotas o micropartículas puede iniciar en ellas un foco infeccioso. Los microorganismos

que se transmiten por medio del aire infectan generalmente las vías respiratorias de los

animales. Entre las enfermedades transmitidas a través del aire destacan:

Resfriado común. Es una infección del Rhinovirus en los epitelios de las fosas nasales y de

la faringe. Produce congestión nasal, descarga nasal, estornudos, tos y fiebre ligera.

Gripe. El Ortomixovirus infecta las vías respiratorias superiores y a veces el pulmón. Los

síntomas son: fiebre alta, dolores de cabeza, escalofríos y fatiga.

Sarampión. Es una enfermedad infantil, provocada por Paramixovirus que ataca a las vías

respiratorias. Los síntomas son: tos, fiebre, enrojecimiento de ojos. Se puede prevenir con una

vacuna.

Paperas. Consiste en una infección del conducto respiratorio superior y en la inflamación de

las glándulas salivales provocado por el Paramixovirus. La infección puede progresar a los testículos, el páncreas y el cerebro. Se trata con vacuna.


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11.3. Enfermedades transmitidas por vía sexual

Las enfermedades de transmisión sexual (ETS) o enfermedades venéreas están

extendidas en todo el mundo, y afectan principalmente a la población adolescente y a los

jóvenes hasta 30 años. Los microorganismos que causan estas enfermedades se transmiten,

de las personas infectadas a las sanas, a través de las relaciones sexuales. Aunque también se

puede producir la infección a través de otros medios como jeringuillas contaminadas, por

transfusiones de sangre contaminada, o en el momento del nacimiento a partir de madres

infectadas. La mayoría de estas enfermedades son fácilmente curables mediante tratamiento

con antibióticos y quimioterapia, pero otras, como las originadas por virus, son más difíciles de

curar, como el sida. La mejor manera de atacar estas enfermedades son los métodos

preventivos en las relaciones sexuales.

Las principales enfermedades venéreas son las siguientes:

Sida. El Retrovirus o VIH (virus de ARN con envoltura) ataca a los linfocitos T y los

destruye, causando una disminución importante de las defensas inmunológicas del enfermo.

Se producen múltiples infecciones simultáneamente que deterioran el organismo y le

pueden ocasionar la muerte. La infección tiene una fase asintomática que puede durar

varios años, antes de que aparezcan los síntomas graves de la enfermedad. En los últimos

años se han producido importantes avances sobre su prevención y su tratamiento.

Herpes genital. Es causado por el Herpesvirus (virus de ADN de doble cadena, de cápisda

icosaédrica y envoltura) que provoca infecciones y ampollas alrededor del ano, en la uretra

y en la vagina en el sexo femenino, y en el pene en el hombre. Los síntomas son: fiebre,

dolor al orinar y dolores genitales. Hasta el momento la enfermedad es incurable pero se

pueden aliviar las ampollas con una sustancia análoga a la guanina, acyclovir.

Hepatitis B. El causante de la enfermedad es el Picornavirus (virus de ADN de doble

cadena y envoltura). Los virus infectan las células del hígado. Las alteraciones en este

órgano provocan: debilidad general, náuseas, vómitos frecuentes, fiebre y amarilleamiento

de la piel. Se puede adquirir también a través de transfusiones sanguíneas contaminadas,

de jeringuillas y agujas contaminadas y en el nacimiento. Existe una vacuna muy efectiva.

Gonorrea. La bacteria, Neisseria gonorrhoeae, produce una potente endotoxina que

provoca la inflamación de la mucosa vaginal de la mujer. En muchos casos la mujer es una

portadora asintomática de la enfermedad. En el hombre produce infección del canal uretral,

con dolor al orinar y descarga de pus amarillento. Si la infección se extiende puede producir

esterilidad en el hombre. Se trata con antibóticos.

Sífilis. La bacteria, Treponema pallidum, es la causante de lesiones iniciales de la piel

(chancro), en los genitales y en otras zonas del cuerpo. Posteriormente aparece una

erupción cutánea generalizada y, si la infección se extiende, pueden quedar afectados el

sistema nervioso y los vasos sanguíneos. Si la infección se propaga por el sistema nervioso

puede provocar locura. Se trata con penicilina.

Candidiasis vaginal. El hongo, Candida albicans, produce inflamación de las paredes de la

vagina (vaginitis) con flujo vaginal pastoso en la mujer y uretritis (inflamación de la uretra)

en ambos sexos. Se trata con fungicidas.

Tricomoniasis. Es provocada por el protozoo, Trichomonas vaginalis. Los síntomas son

infección en la uretra en ambos sexos. En la mujer provoca vaginitis con flujo vaginal y

dolor al orinar y en el hombre infección de la próstata y de las vesículas seminales. El

hombre, en muchos casos, no presenta síntomas de la enfermedad. Se trata con

metronidazol.

11.4. Enfermedades transmitidas por el agua y los alimentos

Las enfermedades infecciosas transmitidas por el agua o los alimentos pueden producirse

debido a la proliferación de los microorganismos patógenos en el cuerpo del animal que los

ingiere o bien por las toxinas existentes en los alimentos y en el agua, sin que sea necesaria la

presencia del microbio patógeno.


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La mayoría de estas enfermedades afectan al tracto digestivo, aunque también pueden afectar

a otras partes del cuerpo, como el sistema nervioso, los músculos o el corazón. Los

microorganismos que causan estas enfermedades se encuentran de manera natural sobre los

alimentos que ingerimos:

Granos de cereales. Pueden estar contaminados por mohos y levaduras, que luego pasan

al pan en el proceso de su elaboración.

Carnes. Si son indebidamente manipuladas o mal conservadas pueden contener bacterias,

hongos y huevos o quistes del nematodo Trichinella spiralis, que causa la enfermedad

denominada triquinosis.

Pescado fresco y marisco. Contienen diferentes especies de enterobacterias, virus y

gusanos parásitos, como el Anisakis.

Leche fresca. En el procesado manual de la leche, su transporte o almacenamiento pueden

incorporar bacterias como Escherichia coli, Salmonella, Staphylococcus, Lactobacillus y

Acinetobacter.

Zumos, especias y condimentos. Pueden contener bacterias (Bacillus, Clostridium,

Pseudomonas) y hongos (Aspergillus, Saccharomyces, Candida).

El almacenamiento inadecuado de los alimentos y las condiciones sanitarias deficientes en su

transporte y manipulación o el cocinado incompleto pueden causar enfermedades infecciosas.

Algunas enfermedades que pueden transmitir los microorganismos mediante los alimentos y el agua son:

Disentería amebiana o amebiasis. Se produce por la infección de los quistes del protozoo,

Entamoeba histolytica, a través del agua o de alimentos contaminados por heces. Los síntomas

son: ulceración del epitelio intestinal y diarrea. Se trata con paromomicina.

Poliomielitis. Infección inicial en la faringe y el intestino provocada por Poliovirus. Después

causa fiebre, dolor y rigidez de los músculos del cuello y de la espalda. En casos graves puede

causar parálisis de las piernas. Se previene con vacunas.

Botulismo. Enfermedad producida por la neurotoxina de la bacteria, Clostridium botulinum,

que envenena los alimentos y que actúa sobre la capacidad del sistema nervioso de controlar

la contracción muscular. Los síntomas son: doble visión, dificultad al hablar, parálisis del

diafragma. Se trata con antitoxina.

Salmonelosis. Gastroenteritis producida por la proliferación de la bacteria Salmonella en el

intestino. Provoca diarreas y vómitos. Los principales alimentos que se contaminan son

huevos, leche y sus derivados.

Hepatitis A. Es una infección en el hígado producida por el virus Hepatitis A. Los síntomas son fiebre, pérdida de apetito, fatiga e ictericia.

11.5. Enfermedades transmitidas por animales

Muchos animales como las garrapatas y otros ácaros, los piojos, las pulgas, los mosquitos y las

moscas, al picar a la especie humana o al contaminar sus alimentos, le transmiten microbios

patógenos, actuando como vectores que llevan los microbios a los hospedadores definitivos. Los vectores pueden ser:

Vectores mecánicos. Transportan a los microbios en ciertas zonas de su cuerpo como las

patas o los apéndices bucales.

Vectores biológicos. No solo transportan al microorganismo, sino que, además, éste desarrolla en ellos parte de su ciclo vital.

Frecuentemente, los artrópodos captan los microbios patógenos de otros animales,

considerados como reservorios de los microbios, como las ratas. Algunas enfermedades

infecciosas transmitidas por artrópodos han tenido una historia trágica en siglos pasados,

causando grandes mortandades (pandemias) en la humanidad, como la peste, y otras, aún

hoy, tienen una gran incidencia entre algunas poblaciones, como ocurre con la malaria y la fiebre amarilla. Las principales enfermedades infecciosas transmitidas por animales son:


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Fiebre amarilla. El mosquito Aedes aegypti lleva el virus Flavivirus en su saliva y lo

transmite a través de sus picaduras. Infecta el hígado, el riñón y otros órganos. Provoca

fiebre, náuseas, vómitos, albuminuria e ictericia.

Peste. Es provocada por la bacteria Yersinia pestis. Los reservorios de esta bacteria son

roedores salvajes y ratas domésticas. Los síntomas son: abultamiento de los ganglios

linfáticos, manchas oscuras en la piel, delirio y muerte en pocos días. Se trata con

estreptomicina y se previene con una vacuna.

Fiebre de las montañas rocosas. La bacteria, Rickettsia rickettsii, es un parásito

intracelular del núcleo o del citoplasma de células endoteliales de capilares sanguíneos. Los

síntomas de esta enfermedad son fiebre y dolor de cabeza. La garrapata de perro es, a su

vez, vector y reservorio de esta bacteria. Enfermedad del sueño. Es provocado por el

protozoo Tripanosoma bvrucei y transmitido por la mosca tsé-tsé. Infecta los vasos sanguíneos

y puede invadir el sistema nervioso central, causando inflamación del tejido cerebral y

medular, lo que determina la postración extrema de los enfermos.

Malaria o paludismo. El mosquito Anopheles es un vector biológico, que transmite varias

especies del protozoo Plasmodium. Se infectan las células hepáticas (esporozoítos) y eritocitos

sanguíneos (merozoítos). Los síntomas son: fiebres recurrentes, escalofríos, dolores de cabeza

y musculares y anemia.

12. La biotecnología microbiana

La biotecnología microbiana o la microbiología industrial son procesos industriales que

utilizan como base microorganismos para obtener productos con utilidad humana, como

medicinas y alimentos. Los microorganismos deben tener un crecimiento rápido, resistencia a

ser cultivados a gran escala y una producción en gran cantidad y en el menor tiempo posible.

12.1. Producción de antibióticos

Hasta el momento se conocen cerca de 800 antibióticos producidos por microorganismos:

hongos del género Penicillium y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces. La selección

de los microorganismos productores de antibióticos se suele efectuar al azar en la naturaleza.

Las principales causas que han contribuido al desarrollo de los antibióticos son:

El descubrimiento de especies microbianas que tienen mayor capacidad de producción.

Por ejemplo, inicialmente la penicilina era obtenida del hongo Penicillium notatum, pero actualmente se usa otra especie, P. chrysogenum, que produce más cantidad de penicilina.

El mejoramiento de los medios de cultivo y el desarrollo de la técnica de cultivo

sumergido en los fermentadores industriales, que permiten el crecimiento de los microbios en

grandes volúmenes.

La selección de cepas mutantes de los microbios productores, que tienen más capacidad

de producir antibióticos. Las cepas mutantes se pueden obtener artificialmente mediante el uso

de rayos X y rayos ultravioleta.

La mejora en el método de extracción del antibiótico de la mezcla de cultivo.

12.2. Producción de vitaminas, aminoácidos y enzimas

A nivel industrial se pueden obtener, entre otros, los siguientes productos:

Vitaminas. La mayoría de las que se añaden a los alimentos o se utilizan en compuestos

farmacéuticos son sintetizadas en el laboratorio. Pero algunas de ellas se producen

industrialmente mediante procesos de fermentación microbiana. Por ejemplo, la vitamina B12

se produce a partir de las bacterias Pseudomonas y Propionibacterium, que llegan a rendir

hasta 60 mg vitamina/L de medio de cultivo.

Aminoácidos. Muchos microorganismos pueden sintetizar aminoácidos a partir de

precursores nitrogenados inorgánicos como el sulfato amónico, como ocurre con las bacterias

Corynebacterium y Brevibacterium. El aminoácido se sintetiza en exceso, de modo que el


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excedente se secreta al exterior. Este hecho se aprovecha para la producción industrial de

aminoácidos a partir de microorganismos. Los aminoácidos producidos son utilizados en la

industria alimentaria como potenciador de sabor de los alimentos, edulcorantes artificiales,

aditivos alimentarios o antioxidantes. Por ejemplo, el ácido glutámico y la lisina.

Enzimas extracelulares. Diversos hongos (Penicillium, Mucos, Aspergillus) y bacterias

producen enzimas en mayor cantidad de la que pueden utilizar, de modo que se expulsan y

actúan en el medio. Las proteasas y amilasas que se utilizan en panadería e industria textil.

12.3. Procesos de fermentación

Algunos microorganismos realizan transformaciones químicas en las que las moléculas

orgánicas son degradadas incompletamente a un compuesto orgánico sin intervención de una

cadena respiratoria y sin gasto de oxígeno, se trata, por tanto, de fermentaciones. La

transformación del sustrato en un producto se llama tradicionalmente fermentación. No

obstante, algunas de estas pueden consistir en un catabolismo con intervención de la cadena

respiratoria, que produce una respiración aerobia con oxidación incompleta del sustrato. El

producto final es un compuesto orgánico. Las fermentaciones a escala industrial se llevan a

cabo en los denominados fermentadores.

Los principales productos obtenidos de los microorganismos mediante fermentadores industriales son el etanol, el ácido láctico y el vinagre.

Etanol. Aparte de ser un disolvente orgánico usado comúnmente en la industria química, es

la sustancia propia de las bebidas alcohólicas. Las levaduras del género Saccharomyces

obtienen etanol degradando incompletamente moléculas de glucosa, mediante la fermentación

alcohólica. La ecuación global es:

Glucosa (C6H12O6) → 2 etanol (CH3-CH2OH) + 2 CO2

Las bebidas alcohólicas que se obtienen de las fermentaciones producidas por las levaduras

son el vino, de la fermentación del azúcar de la uva por parte de las levaduras:

Saccharomyces cerevisae, S. ellipsoideus y otros géneros; la sidra a partir de la fermentación

de la manzana por S. apiculatus. La cerveza, que se obtiene fermentando granos de semilla

de cebada (malta) por la levadura S. cerevisiae. También el pan se obtiene a partir de la fermentación alcohólica.

Ácido láctico. Es una molécula con gran variedad de usos. El lactato de hierro es utilizado

en el tratamiento de anemias y el lactato de calcio en las deficiencias de calcio. Los lactatos

de sodio se emplean en sustancias plastificantes. El ácido láctico es producido por bacterias

como Lactobacillus bulgaricus que degradan la lactosa. La siguiente reacción global corresponde a la fermentación láctica:

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

El medio de cultivo para esta fermentación láctica es un líquido (suero de leche) constituido

por una solución acuosa de lactosa, varias sales y vitaminas. Se produce ácido láctico. Al cabo

de dos días la fermentación se ha completado. Después se debe hervir la solución para

coagular las proteínas producidas y poder separar el ácido láctico, en forma de lactato sódico, que debe ser purificado.

Ácido acético o vinagre. Las bacterias de los géneros Acetobacter y Gluconobacter tienen

la facultad de degradar incompletamente el etanol hasta obtener ácido acético. El fermentador

de Frings se utiliza en este proceso. La reacción global es la siguiente:

2 etanol (CH3-CH2OH) + 2 O2 → 2 ácido acético (CH3-COOH) + 2 H20


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Esta reacción requiere oxígeno, de modo que no se trata de una verdadera fermentación,

aunque se suele nombrar como fermentación acética. El sustrato para esta transformación puede ser el vino, la sidra o una disolución de alcohol etílico.

12.3.1. Fabricación de vino

El vino se obtiene a partir de la fermentación alcohólica de los azúcares solubles presentes en

el zumo de uvas (glucosa y fructosa) para dar alcohol etílico y CO2. El zumo de uvas o mosto

se obtienen por prensado de las uvas. La fermentación del mosto se realiza

espontáneamente por las levaduras que se encuentran normalmente en la piel de las uvas

(Saccharomyces cerevisiae y otros géneros). Después de la fermentación se puede indicar un

proceso de envejecimiento del vino en barricas.

12.3.2. Fabricación de cerveza

La cerveza se elabora a partir de la fermentación alcohólica de los cereales. El más empleado es la cebada y el proceso se realiza en los siguientes pasos:

Malteado. Las semillas se humedecen y se dejan germinar antes de secarlo, para utilizarlo

en forma de malta.

Molido. Se muele la cebada malteada con agua para que el almidón se degrade a glucosa

por las amilasas producidas en la germinación de la semilla.

Adición de lúpulo. El extracto acuoso obtenido se separa del sólido triturado de las

semillas y se le añade lúpulo que impide el crecimiento de bacterias y proporciona amargor

característico.

Hervido de la mezcla. Se desnaturalizan las amilasas.

Levaduras. A esta mezcla se le añaden las levaduras (S. cerevisiae) que van a producir la

fermentación alcohólica de la glucosa en unos diez días.

Maduración. Después de la fermentación se separa la levadura y se deja madurar un tiempo determinado. Finalmente se filtra y se pasteuriza la bebida.

12.3.3. Fabricación pan

El pan se obtiene por fermentación alcohólica de la masa de harina y agua que produce un

aumento de volumen de la masa al degradar la levadura los azúcares y la formación de

burbujas de dióxido de carbono, proporciona su textura esponjosa. Tras mezclar la harina de

cereales y agua se añade sal, azúcar y una pequeña cantidad de levadura y se deja fermentar.

Las enzimas de la harina, activadas por el agua, convierten el almidón de los granos de cereal

en glúcidos: maltosa y glucosa. La levadura degrada los azúcares y produce una mezcla de alcohol etílico y dióxido de carbono.

12.3.4. Fabricación de queso

En la elaboración del queso y de yogur o cuajada, los glúcidos sencillos pasan a ácido láctico

por fermentación láctica que producen las bacterias lácticas (Lactobacillus y Lactococcus).

Estas bacterias se encuentran de forma natural en la leche sin esterilizar. El proceso se realiza en dos fases:

Formación de la cuajada. Se incorpora a la leche el cultivo de bacterias, dejando incubar

la mezcla un cierto tiempo. Después se añade una enzima proteolítica, la renina, que coagula

proteínas y cuaja la leche. Se separa la fase líquida (suero) de la cuajada y esta se prensa y se envuelve en una tela seca.

Maduración de la cuajada. Se lleva a cabo por la acción de las bacterias y los mohos. En

su desarrollo se hidrolizan progresivamente las proteínas a péptidos solubles y luego a aminoácidos libres, que se descomponen en ácidos grasos, aminas y amoniaco.


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12.4. Microorganismos y el control de plagas de insectos

Los microorganismos entomopatógenos se utilizan como bioinsecticidas para controlar el

excesivo crecimiento de la población de algunas especies de insectos perjudiciales para la

agricultura. Estos microorganismos infectan a los insectos adultos o a sus estados larvarios, y

los matan, o bien los intoxican con ciertas sustancias que secretan, como proteínas, que actúan como veneno para los insectos cuando éstos las ingieren.

Algunos virus y ciertas especies de bacterias y hongos se utilizan de esta manera para eliminar

poblaciones de insectos dañinos. Las toxinas de los microbios entomopatógenos, aunque

matan a los insectos, no suelen tener efecto tóxico en otros animales superiores ni en la

especie humana. Sin embargo, los insecticidas, tienden a acumularse en el suelo o bien van a parar a las aguas continentales y tienen efectos negativos en el ambiente.

12.5. Microorganismos y la industria alimentaria

Algunos microorganismos, generalmente no patógenos, se encuentran contaminando los

alimentos más comunes como carnes, frutas y verduras, huevos, mariscos y otros productos del mar y la leche.

Para garantizar que estos alimentos puedan ser consumidos sin peligro para la salud humana,

diferentes organizaciones internacionales, como la FAO, han establecido una serie de normas que deben cumplirse. Entre ellas se encuentra el control microbiológico de los alimentos.

En el control microbiológico de los alimentos se observan los microorganismos de los

alimentos en el microscopio óptico a partir de preparaciones microscópicas, con el fin de:

Determinar a qué grupos pertenecen (bacterias, hongos, protozoos).

Averiguar el tipo metabólico que realizan (aeróbico, anaeróbico, facultativo).

Efectuar un recuento de su abundancia en el alimento. Se establece una abundancia

máxima de microorganismos (en número de células/ mg o mL) permitida para que los

alimentos pueden considerarse aptos o no aptos para su consumo.

La preservación de los alimentos antes de su consumo, para evitar la proliferación de

ciertos microbios, se realiza mediante una serie de prácticas como son: el manipulado

aséptico, el tratamiento con calor o con bajas temperaturas, la deshidratación, el añadido de

aditivos químicos o bien el tratamiento de los alimentos con rayos ultravioleta o radiación

ionizante.

Hay algunos microorganismos que se utilizan para obtener alimentos, como los que son

capaces de fermentar frutos, vegetales y la leche. Mediante esta fermentación se conservan y

obtienen un sabor y aroma característicos. La fermentación de los alimentos se efectúa a

partir de los propios microorganismos de los alimentos o bien se realiza gracias a otros que se

añaden al sustrato alimenticio, como en la fabricación del queso y otros derivados lácteos, como la leche búlgara, el yogur y el kéfir (mezcla de fermentación láctea y alcohólica).

12.6. Microorganismos y la ingeniería genética

Gracias a la investigación, el futuro de la ingeniería genética microbiana se prevé casi sin

límites y contribuirá al desarrollo de la salud humana, a la evolución adecuada del ambiente y a la producción de nuevos alimentos.

La ingeniería genética microbiana consiste, básicamente en introducir el gen que se encarga de

controlar la producción de una cierta molécula. Este gen procede de una molécula de ADN

donante, del material genético de una bacteria, principalmente de alguno de sus plásmidos.

Luego se añaden a un medio de cultivo con bacterias, que los incorporan a su material


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genético mediante el proceso de la transformación. Las bacterias con estos nuevos plásmidos

se reproducen, clonan el gen recibido y adquieren la capacidad de producir la molécula útil,

que posteriormente es recuperada del medio de cultivo. Este proceso se realiza en los

siguientes pasos:

Aislamiento de los plásmidos, que se quieren modificar genéticamente, rompiendo las

cubiertas bacterianas mediante métodos químicos o físicos.

Centrifugación de los componentes citoplasmáticos, para separar la fracción que

contiene los plásmidos.

Tratamiento con enzimas endonucleasas de restricción específicas, del ADN donante y de

las moléculas de los plásmidos. Se producen roturas similares en ambas moléculas,

desprendiéndose del ADN donante el gen que se quiere clonar. Los trozos del ADN donante

que contienen el gen tienen tendencia a unirse a los plásmidos rotos, formándose nuevos

plásmidos (plásmidos recombinantes) que llevan el gen del ADN donante.

Por transformación, se incorporan los plásmidos recombinantes en las bacterias. Se

requiere un tratamiento secuencial de frío y calor en una solución de cloruro cálcico (CaCl2)

que altera la permeabilidad de la pared bacteriana y facilita la entrada de los plásmidos.

A pesar de los avances en la manipulación genética de los microorganismos, aún presenta

ciertos problemas como la incorrecta unión del gen en el plásmido, la inestabilidad del

plásmido recombinante dentro de la bacteria y la acción de las endonucleasas que cortan el ADN en trozos muy pequeños y fragmentan el gen.

12.7. Microorganismos y la depuración de las aguas residuales

Las aguas resultantes del uso doméstico o industrial llevan gran cantidad de sustancias

químicas tóxicas que es preciso eliminar o tratar. En las plantas depuradoras de aguas

residuales, el tratamiento secundario permite eliminar las sustancias orgánicas indeseables

mediante el uso de diferentes microorganismos como bacterias y protozoos. Éstos digieren la

materia orgánica del agua de desecho y luego la oxidan, mediante reacciones de fermentación

y de respiración, hasta moléculas más simples, como el metano (CH4) y el CO2. Este proceso

se puede realizar anaeróbicamente en tanques cerrados, o bien aeróbicamente en tanques

abiertos en los que aumenta la velocidad de biodegradación de las moléculas orgánicas.

En los medios acuáticos, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) mide la cantidad de

materia orgánica. Es la capacidad de consumir oxígeno que hay en una masa de agua. A más

materia orgánica en el agua, más microorganismos pueden oxidarla y, por tanto, hay más

consumo de oxígeno. Si la materia orgánica disminuye, al ser degradada por los

microorganismos, la DBO desciende. Una planta depuradora de aguas residuales puede reducir la DBO hasta un 90 %.

13. Los microorganismos y los ciclos biogeoquímicos

La cantidad de materia que hay en la Tierra ha sido prácticamente la misma desde su

formación. Según la ley de la conservación de la materia, ésta no se crea ni se destruye,

pero sí está en constante transformación debido a los fenómenos fisicoquímicos que se llevan a cabo en la Tierra y a la acción de los seres vivos.

Muchos de los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos a

unos circuitos cíclicos que consisten, básicamente, en pasar de materia inorgánica inerte a

formar parte de materia constitutiva de seres vivos y de éstos, posteriormente, de nuevo a

materia inorgánica inerte, cerrándose el ciclo. Son los llamados ciclos de la materia o ciclos biogeoquímicos. El papel de los microorganismos en estos ciclos es vital por dos funciones:

Descomposición de la materia orgánica compleja muerta (cadáveres de animales y restos

de vegetales) en materia orgánica sencilla.


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Mineralización o transformación de la materia orgánica en materia inorgánica. Permite,

por un lado, incorporar materia inerte a la biosfera impidiendo que se agote y, por otro lado, proporciona a las plantas materia inorgánica utilizable.

13.1. Microorganismos y el ciclo del carbono

El carbono (C) es el átomo más abundante e importante de la materia viva y constituye el

esqueleto de la mayoría de las biomoléculas orgánicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos). Los microorganismos que intervienen en el ciclo del carbono son:

Microorganismos fotótrofos (muchas bacterias y las algas microscópicas). Captan el CO2

atmosférico y fijan el carbono en moléculas orgánicas (CH2O) en presencia de la luz. Sin

embargo, los organismos fotosintéticos también respiran, y degradan materia orgánica y

desprenden CO2.

Bacterias desintegradotas. Unas (Bacillus amilobacter y Clostridium butiricum), efectúan

fermentación butírica, mediante reacciones de descomposición de la materia orgánica, en la

que se descomponen restos vegetales, y otras (Bacterium linens y Clostridium sporogenes)

fermentación pútrida en la que se descompone materia orgánica de tipo proteico o

aminoacídico.

Hongos de la putrefacción de la madera. Descomponen restos vegetales, utilizando la

celulosa y la lignina como fuente de carbono y energía. Los productos de esta descomposición

son: sustancias orgánicas malolientes, dos compuestos de carbono, el CO2 y el metano (CH4). El metano es producido sólo por arqueobacterias anaeróbicas, llamadas metanógenas.

13.2. Microorganismos y el ciclo del nitrógeno

En los seres vivos, el nitrógeno es un elemento imprescindible para la formación de los

aminoácidos y de los nucleótidos. En la naturaleza, el nitrógeno está a disposición de los seres

vivos en forma de nitratos (NO3−) en los suelos y en el agua, y en forma gaseosa de N2 en la

atmósfera. Las bacterias que intervienen en este ciclo son:

Bacterias desintegradotas. Degradan los compuestos orgánicos nitrogenados de animales

y plantas muertos, como las proteínas, mediante fermentaciones pútridas, y producen

amoniaco (NH3). También las sustancias de desecho, que excretan los animales vivos al medio

ambiente, como urea y ácido úrico las transforman en amoniaco. La acción de los

microorganismos descomponedores va enriqueciendo los suelos con amoniaco, lo que se

denomina amonificación.

Bacterias nitrificantes del suelo. Desarrollan el proceso de nitrificación, oxidando

aeróbicamente el amoniaco. Este proceso ocurre en dos pasos:

- Nitrosación. Las bacterias del género Nitrosomonas transforman el amoniaco en nitrito

(NO2−).

- Nitratación. Las bacterias del género Nitrobacter transforman el nitrito en nitrato (NO3−).

Los nitratos del suelo ya pueden ser absorbidos por las plantas para incorporarlos a moléculas

orgánicas.

Bacterias desnitrificantes, como las del género Pseudomonas. Realizan anaeróbicamente

un proceso inverso al de la nitrificación, al transformar los nitratos en N2 gaseoso, que se

incorpora a la atmósfera. Esta transformación se llama desnitrificación.

Bacterias fijadoras del nitrógeno. Aunque el 79 % de la atmósfera está formado por N2,

sólo algunas bacterias de los géneros Azotobacter, Clostridium y Rhizobium y algunas

cianobacterias (Anabaena, Nostoc) son capaces de aprovecharlo e incorporarlo a sus moléculas

orgánicas. Estas bacterias convierten el N2 en moléculas de amoniaco (NH3), en el proceso denominado fijación del nitrógeno.

Bacterias del género Rhizobium se encuentran en grandes cantidades en los nódulos

radiculares de las leguminosas. La estrecha asociación simbióntica de la planta con las bacterias permite a éstas fijar el nitrógeno atmosférico:


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- Una parte es cedido a la planta en forma de componentes nitrogenados solubles que son

empleados en el metabolismo de la planta. - Otra parte pasa al suelo, enriqueciéndose de componentes nitrogenados.

Unidad de microbiología

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