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Microbiología aplicada
TEMA 18
Formas de vida de los microorganismos
• Autótrofos • Producen materia orgánica a partir del CO2 • Principal fuente de O2
• Saprofitos • Reciclan la materia orgánica • Beneficiosos al producir alimentos de interés • Perjudiciales cuando alteran los alimentos
• Simbióticos, se asocian con otros organismos de los que obtienen la materia orgánica
• Parásitos: producen enfermedades a otros organismos de los que obtienen la materia orgánica.
Microorganismos autótrofos
• Bacterias fotosintéticas • Cianobacterias • Algas eucariotas unicelulares
• Bacterias quimiosintéticas.
Principales responsables de la presencia de O2 en la atmósfera
Son fuente de materia orgánica para todos los organismos.
Son fuente primaria de carbono en los fondos marinos a los que no
llega la luz
Constituyen fitoplancton
Otros son habitantes habituales de los suelos aireados e intervienen
en el ciclo del Nitrógeno.
Microorganismos en el ciclo del Carbono • Fijan el carbono inorgánico (CO2)
• Bacterias fotosintéticas • Cianobacterias • Algas eucariotas unicelulares • Bacterias quimioautótrofas (estas no son fotosintéticas)
• Facilitan la absorción de las plantas • Micorrizas (hongos)
• Mineralizan la materia orgánica • Bacterias descomponedoras • Hongos aerobios
• Formación de combustibles fósiles • Microorganismos marinos • Bacterias fermentadoras
Microorganismos de suelos aireados
• Bacterias y hongos aerobios saprófitos, mineralizan la materia orgánica.
• Nitrobacterias quimiosintéticas • Fijadores del nitrógeno:
• Bacterias del género Azotobacter • Bacterias simbiontes del género Rhizobium • Hongos del género Actinomicetos
• Micorrizas
Intervienen en el ciclo del Carbono
Intervienen en el ciclo del Nitrógeno
VEGETALES CONSUMIDORES
Restos orgánicos
DESCOMPONEDORES NO3-
(Nitratos)
NH4+
(Amonio) NO2-
(Nitritos)
Nitrosación
(Nitrosomonas sp.)
LEGUMINOSAS (Rhizobium sp.)
Fijación simbiótica
Des
nitr
ific
ació
n
(hon
gos
y Ps
eudo
mon
as…)
Vulcanismo
Nitrógeno atmosférico
Microorganismos de suelos no aireados
• Bacterias de metabolismo fermentativo. • Productoras de combustibles fósiles
• Bacterias desnitrificantes: • Empobrecen el suelo en nitratos • Género Pseudomonas
Intervienen en el ciclo del Nitrógeno
Intervienen en el ciclo del Carbono
Ciclo del Nitrógeno
1
2
4 5
• 1. Bacterias y hongos descomponedores • 2. Bacterias del género Nitrosomonas • 3. Bacterias del género Nitrobacter • 4. Bacterias del género Pseudomonas • 5. Bacterias fijadoras del nitrógeno
3
Ciclo del Nitrógeno
Microorganismos en el ciclo del Nitrógeno
• Fijan el Nitrógeno atmosférico (N2) • Bacterias fijadoras del N2: simbiontes (Rhizobium) y de vida libre
(Azotobacter) • Cianobacterias. • Hongos fijadores (Actinomicetes)
• Mineralizan la materia orgánica (se libera amonio) • Bacterias y hongos descomponedoras
• Transformación del amonio en nitritos y nitratos (NO2-, NO3
- ) • Nitrobacterias quimiosintéticas (Nitrosomonas y Nitrobacter )
• Desnitrificación del suelo (Pseudomonas) • Bacterias anaerobias desnitrificantes que empobrecen el suelo
transformando los nitratos en N2 que se libera a la atmósfera.
Ciclo del N2
Microorganismos patógenos
• La mayoría de los microorganismos son inocuos.
• Viven sobre la piel, en los conductos digestivos, o respiratorios, en la vías genitales, etc.; son la denominada flora normal o saprófita.
• los microorganismos patógenos producen enfermedades infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana.
• Los microorganismos oportunistas normalmente no son patógenos pero pueden serlo cuando disminuyen los mecanismos defensivos de un animal.
Microbiología médica • Pasteur. Se le considera el padre de la microbiología. Fue el
primero en afirmar que los microorganismos producían determinadas enfermedades (carbunco).
• Postulados de Koch: (tuberculosis “bacilo de Koch”) • El agente patógeno debe estar presente en los individuos
enfermos y ausente en los sanos. • El agente debe ser aislado del cuerpo en un cultivo puro a partir
de las lesiones de la enfermedad. • El agente debe provocar la enfermedad en un individuo sano al
ser inoculado. • El agente debe ser aislado de nuevo de las lesiones producidas en
los animales de experimentación. • Los animales infectados desarrollan defensas específicas contra el
microorganismo.
Microbiología médica
• Infección. Penetración y proliferación de un agente (microorganismo patógeno) en el interior de un organismo.
• Infestación. Indica la presencia de parásitos animales sobre o dentro del cuerpo del hospedador. Los organismos infestantes pueden transmitir una infección o no.
• Contagio. Traspaso de microorganismos patógenos desde un organismo enfermo a uno sano.
• Patogenicidad. Capacidad de los microorganismos de llegar a producir una enfermedad en el hospedador.
• Virulencia. Se refiere a la mayor o menor intensidad de la enfermedad producida por ese agente infeccioso.
• Toxinas. Sustancias venenosas que producen los microorganismos. • Toxemia. Acumulación de toxinas en un organismo.
Asepsía y antisepsía
• Asepsia: eliminación de microorganismos de objetos o lugares por procedimientos físicos o químicos. Se lleva a cabo mediante métodos de esterilización. • Físicos: uso del autoclave (120ºC y 2 atmósferas, 15´); uso del
horno Pasteur (200ºC en seco), irradiación con rayos γ o rayos ultravioletas (quirófanos)
• Químicos: detergentes tensioactivos, sustancias esterilizantes como el formaldehido o la lejía.
• Antisepsia: eliminación de microorganismos del cuerpo del paciente sin dañar al organismo mediante productos químicos antimicrobianos.
Antimicrobianos
• Antisépticos: sobre la piel (alcohol, agua oxigenada, soluciones de yodo...).
• Bacteriostáticos de síntesis, detienen crecimiento de bacterias (sulfamidas).
• Antibióticos: Producidas por microorganismos (hongos o bacterias) • Impiden el crecimiento o matan bacterias • Inocuos para el organismos y hongos, protozoos o virus. • Su uso pueden generar la aparición de resistencias a los
antibióticos. • Antivirales: desarrollados en la lucha contra el sida
Antibióticos y antibiogramas
.
Penicillium, un hongo productor de penicilina, al microscopio de
barrido
• El desarrollo de resistencias a los antibióticos es un grave problema.
Enfermedades infecciosas
• Son la manifestación clínica de una infección provocada por un microorganismo (bacterias, hongos, virus, protozoos o priones).
• En el caso de agentes patógenos de tamaño macroscópico, como los gusanos se habla de infestación.
Vías de infección • La entrada de microorganismos en el cuerpo del
hospedador tiene lugar a través de distintas vías: • Heridas o abrasiones en los tegumentos. • Roturas microscópicas en las mucosas. • Picaduras de artrópodos. • Adherencia específica del microorganismo a las células del
hospedador y paso a través de células epiteliales.
• En determinadas circunstancias, algunos microorganismos forman colonias muy numerosas en los tegumentos, las cuales son responsables de una lesión epitelial, produciéndose inflamación y rotura, a través de la cual penetran.
Epidemias
• Epidemia. Es una descripción en la salud comunitaria que ocurre cuando una enfermedad afecta a un número de individuos superior al esperado en una población durante un tiempo determinado.
• Pandemia: En el caso de que la epidemia se extienda por varias regiones geográficas extensas de varios continentes o incluso de todo el mundo.
• Enfermedad endémica. Se refiere a aquellas enfermedades que afectan a una zona geográfica concreta de forma mantenida en el tiempo.
Enfermedades infecciosas Enfermedades transmitidas
por contacto directo
•Tétanos •Gangrena •Dermatomicosis •Herpes • Varicela
Enfermedades transmitidas a través del aire
•Resfriado común •Gripe •Sarampión •Paperas •Tuberculosis •Meningitis •Neumonía
Enfermedades transmitidas por vía sexual
•Sida •Herpes genital •Hepatitis B •Gonorrea •Sífilis •Candidiasis vaginal •Tricomoniasis
Enfermedades transmitidas por animales
•Rabia •Disentería amebiana •Poliomielitis •Botulismo •Salmonelosis •Hepatitis A •Paludismo •Peste
Enfermedades transmitidas por el agua o los alimentos
•Gastroenteritis •Salmonelosis •Fiebre tifoidea •Colera •Botulismo •Amebiasis •Poliomielitis •Hepatitis A
Virus Bacterias Protozoos Hongos
Enfermedades infecciosas • Transmitidas por contacto directo
• Bacterianas: como el tétanos y la gangrena en las que el contagio se realiza a través de heridas profundas, etc.
• Víricas: como herpes, varicela, etc. • Transmitidas por vía sexual
• Bacterianas: como la sífilis y la gonorrea • Víricas: el SIDA
• Transmitidas por vía respiratoria. • Bacterianas: tuberculosis, neumonía, meningitis, etc. • Víricas: Gripe, resfriados, etc.
• Transmitidas por vía digestiva • Bacterianas: gastroenteritis, fiebre tifoidea, cólera, etc. • Víricas: poliomelitis…
• Transmitidas por vectores • Bacterianas: el tifus exantemático, la peste, etc. • Víricas: rabia, hepatitis, el SIDA, etc. • Producidas por protozoos, como el paludismo,
Enfermedades humanas
Detalle al microscopio electrónico de la cabeza de un mosquito
• El hombre desde la antigüedad ha obtenido productos alimenticios con la intervención de los microorganismos.
• Por otro lado la acción sobre los alimentos de los microorganismos, puede producir graves alteraciones de estos.
Microorganismos y alimentos
Microbiología de los alimentos
Tanques de fermentación para elaborar cerveza
Elaboración de queso Emmental
Control sanitario de alimentos
• Hoy día los microorganismos son explotados industrialmente en la fabricación de numerosos alimentos y bebidas.
Microbiología de los alimentos
Fabricación de pan • La realizan levaduras y ciertas
bacterias, que transforman la glucosa en etanol y CO2.
• Las células de levadura Sacharomyces cerevisiae llevan a cabo la fermentación alcohólica, que se utiliza para la fabricación del pan suba o de la cerveza.
Fermentación alcohólica
Fabricación del pan
Fabricación de la cerveza
Fermentación láctica
• Es importante para la producción de muchos alimentos lácteos, como quesos y yogurt.
También se produce en dos partes: 1ª parte: glucólisis. 2ª parte: conversión del ác. pirúvico en alcohol etílico y CO2.
Fabricación de productos lácticos
Fermentación láctica • Yogur • Encurtidos vegetales y
productos similares • Fabricación del queso
• Obtención de cuajada por fermentación o por el cuajo
• Fermentaciones de bacterias y hongos
Alteraciones de los alimentos La acción de los microorganismos sobre los alimentos puede producir: • Pérdida de propiedades (sabores y olores desagradables)
• Intoxicaciones (toxina botulínica)
Conservación de los alimentos
Esterilización versus pasterización • Esterilización. Es la destrucción de todas las formas de vida
microscópicas, incluidos virus y esporas.
• Pasteurización. Es un proceso térmico (generalmente se aplica a líquidos) que tiene como objetivo disminuir sustancialmente las poblaciones de agentes patógenos que pueda contener el alimento, reduciéndolas a niveles que no causen intoxicaciones alimentarias (siempre que el producto se mantenga correctamente refrigerado y se consuma antes de la fecha de caducidad).
• Es una "esterilización parcial" de los alimentos, pero que altera lo menos posible su estructura física, sus componentes químicos y sus propiedades organolépticas.
Obtención productos farmacéuticos
• Fabricación de antibióticos • Utilización de
microorganismos modificados genéticamente para: • Producción de hormonas
humanas • Obtención de vacunas
Eliminación de residuos • Tratamientos de aguas residuales con microorganismos
aerobios que consumen la materia orgánica. • Obtención de compost o fertilizantes ricos en nutrientes
inorgánicos por digestión de los residuos orgánicos. • Eliminación de mareas negras o acumulaciones de aceites
industriales con microorganismos que digieren los hidrocarburos
• Tratamientos de suelos contaminados con metales pesados: los microorganismos los fijan a su cuerpo y no son arrastrados por las aguas continentales.
• Todas estas aplicaciones se potencian con la ingeniería genética: obtención de nuevas cepas.