Modulo Microbilogia en PDF[1]

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

201504 – MICROBIOLOGÍA

CARMEN EUGENIA PIÑA LÓPEZ M.Sc. Ciencias Biológicas MATERIAL AJUSTADO POR: MARTA CECILIA VINASCO GUZMÁN MERY LILIANA LÓPEZ MARTÍNEZ Bióloga, Especialista en Microbiología FEDRA LORENA ORTIZ Acreditador

PASTO Enero de 2011

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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El contenido didáctico del curso académico: Microbiología, fue diseñado en el año 2004 por la Dra. Carmen Eugenia Piña López, docente de la UNAD, de Bogotá. M.Sc. Ciencias Biológicas. Universidad Estatal de Jarkov (Ucrania), M.Sc. Docencia Universitaria. Universidad de la Salle. Bogotá, Especialista en Nutrición Animal Sostenible. UNAD. Bogotá, Especialista en Informática y Multimedios. Fundación Universitaria Los Libertadores. Bogotá y quien actualmente se encuentra cursando el Doctorado en Tecnología Instruccional y Educación a Distancia (Nuevas Tecnologías) con la Universidad NOVA en Estados Unidos. El contenido didáctico ha tenido actualizaciones anuales a partir de su creación, las cuales fueron desarrolladas por la Dra. Marta Cecilia Vinasco. La versión desarrollada en el 2011 ha sido llevada a cabo por Mery Liliana López Martínez, Bióloga de la Universidad Nacional de Colombia, Especialista en Microbiología de la Universidad Católica de Manizales y Estudiante de Maestría en Ingeniería Ambiental de la Universidad Mariana de Pasto, Docente Auxiliar de la UNAD en el CEAD de Pasto. Este documento se puede copiar, distribuir y comunicar públicamente bajo las condiciones siguientes: • Reconocimiento. Debe reconocer los créditos de la obra de la manera especificada por el autor o el licenciador (pero no de una manera que sugiera que tiene su apoyo o apoyan el uso que hace de su obra). • No comercial. No puede utilizar esta obra para fines comerciales. • Sin obras derivadas. No se puede alterar, transformar o generar una obra derivada a partir de esta obra. • Al reutilizar o distribuir la obra, tiene que dejar bien claro los términos de la licencia de esta obra. • Alguna de estas condiciones puede no aplicarse si se obtiene el permiso del titular de los derechos de autor • Nada en esta menoscaba o restringe los derechos morales del autor.

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INTRODUCCIÓN El presente modulo está dirigido a estudiantes de programas de pregrado que oferta la UNAD, bajo la modalidad de educación superior a distancia. El curso consta de tres (3) créditos académicos equivalentes a 144 horas de estudio, distribuidas de la siguiente manera: Estudio independiente: Acompañamiento y seguimiento tutorial:

106 horas 38 horas

El campo de formación corresponde a lo disciplinar básico dentro de los créditos obligatorios del plan de estudios. El contenido de cada una de las partes fue seleccionado, teniendo en cuenta los saberes mínimos que se esperaría debe alcanzar un estudiante de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia en el campo de Microbiología. El curso está orientado a la autogestión estudiantil de los conocimientos teóricos necesarios para la comprensión de los enfoques teóricos de la microbiología moderna y las condiciones de manejo seguro de los microorganismos, a nivel de laboratorio y en los procesos de aplicaciones industriales. El Curso de Microbiología, está diseñado para estudiantes de educación a distancia con aprovechamiento de ambientes virtuales de aprendizaje, por consiguiente hace énfasis en la autogestión formativa mediada, sin excluir interacciones directas entre tutor y estudiante y de los estudiantes entre sí. De la misma manera, se proponen los fundamentos teóricos necesarios para abordar el componente práctico (prácticas de laboratorio), que son importantes en la medida que se requiere verificar principios y teorías; además, desarrollar habilidades propias de un curso metodológico, es importante recordar que los cursos metodológicos no son habilitables. El modulo se caracteriza porque en cada lección se presentar ejemplos modelos del tema en estudio, al final de cada capitulo se exponen ejercicios; con respuesta, que permite a los estudiantes contextualizarse en diversas àreas del conocimiento, con el fin de fortalecer las temáticas propias del curso. Al final de cada unidad se presenta una Autoevaluación de un nivel medio-alto, las cuales permiten verificar los alcances de los estudiantes en las temáticas analizadas y detectar las debilidades y así centrarse en éstas, con el fin de alcanzar las metas propuestas.

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Finalmente, el Material pretende servir como guía de aprendizaje autónomo, se recomienda apoyar este proceso por medio de lecturas especializadas, ayudas audiovisuales, visitas a sitios Web y prácticas de laboratorio; entre otros, así lograr una efectiva comprensión, interiorización y aplicación delas temáticas estudiadas. La microbiología estudia los microorganismos u organismos generalmente microscópicos, aunque algunos pueden ser observados a simple vista. Su estudio comprende la identificación y clasificación de los microorganismos, su origen y evolución, la dinámica del crecimiento, el rol interactivo de los microorganismos con el sistema inmunológico, las enfermedades que pueden producir y su importancia en la producción industrial. Hay muchos campos de estudio específico en microbiología: bacteriología, protozoología, micología, virología, microbiología agrícola, microbiología de alimentos, microbiología ambiental, entre otras. El objeto material de la microbiología viene delimitado por el tamaño de los seres que investiga, lo que supone que abarca una enorme heterogeneidad de tipos estructurales, funcionales y taxonómicos: desde partículas no celulares como los virus, viroides y priones, hasta organismos celulares tan diferentes como las bacterias: eubacterias, arqueas, los protozoos, parte de las algas, los hongos y levaduras. La microbiología es una disciplina que aporta tanto conceptos como técnicas y metodologías útiles para la gestión industrial de muchos procesos que aprovechan la capacidad de los microorganismos para la producción rápida de una serie de insumos y de transformaciones de materiales, necesarios para el desarrollo humano y económico, tales como aumento y rendimiento de cultivos, biofertilizantes, biocontrol, vectores para transferencias de información genética en el desarrollo de plantas transgénicas, producción de compuestos químicos y aditivos para alimentos, eliminación de materiales contaminantes y residuos tóxicos del medio ambiente entre otras. ¿Qué son los microorganismos?: Son los seres más numerosos que habitan en todas las regiones del planeta: suelo, aire, agua, hielo, rocas, cuerpo del hombre y de los animales, en plantas, alimentos. Sin ellos nuestro planeta no podría sobrevivir. La mayoría son de tamaño microscópico, aunque los hay visibles a simple vista como es el caso de algunos hongos y algas. Los microorganismos se adaptan a las condiciones en que ningún otro organismo podría sobrevivir (ácidas, saladas, presión y temperaturas más extremas en la tierra), por ejemplo, el astrobiólogo de la NASA Jack Farmer estudia microorganismos que habitan en las aguas hirvientes de las fuentes termales en el Parque Nacional de Yellowstone. Estos microorganismos utilizan hidrógeno como fuente de energía.

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INDICE DE CONTENIDO PAGINA 11 1. UNIDAD 1: TENDENCIAS DISCIPLINARES DE LA MICROBIOLOGÍA 13 1.1. CAPITULO1: PERSPECTIVAS Y TENDENCIAS 14 1.1.1. Lección 1: Definición de Microbiología 16 1.1.2. Lección 2: Evolución histórica 18 1.1.3. Lección 3: Campos de aplicación y perspectivas 21 1.1.4. Lección 4: Células procariotas y eucariotas 23 1.1.5. Lección 5: Clasificación de los Microorganismos 27 1.1.6. Actividades de Autoevaluación del capitulo 1 28 1.2. CAPITULO 2: DIVERSIDAD MICROBIANA 29 1.2.1. Lección 6: Organismos acelulares 1.2.2. Lección 7: Microorganismo celulares procariotas: Las arqueobacterias 40 43 1.2.3. Lección 8: Microorganismos celulares procariotas: Las eubacterias 60 1.2.4. Lección 9: Microorganismo celulares eucariotas: Protistos 70 1.2.5. Lección 10: Microorganismos celulares eucariotas: Hongos 79 1.2.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 2 81 1.3. CAPÍTULO 3: IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS 83 1.3.1. Lección 11: Elementos genéticos de los virus 85 1.3.2. Lección 12: Genética Bacteriana 91 1.3.3. Lección 13: Genética de protistos y hongos 93 1.3.4. Lección 14: Biotecnología microbiana 95 1.3.5. Lección 15. Inmunología Básica 99 1.3.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 3 2. UNIDAD 2: CRECIMIENTO MICROBIANO 2.1. CAPITULO 4: CINÉTICA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO 2.1.1. Lección 16: Cinética del crecimiento microbiano 2.1.2. Lección 17: Parámetros físicos que afectan el crecimiento y desarrollo de los microorganismos 2.1.3. Lección 18. Parámetros químicos que afectan el crecimiento y desarrollo de los microorganismos 2.1.4. Lección 19: Parámetros que afectan la supervivencia de los microorganismos 2.1.5. Lección 20. Mecanismos de Control para el crecimiento microbiano 2.1.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 4 2.2. CAPÍTULO 5: BIOSEGURIDAD Y EQUIPOS PARA LA PRÁCTICA DE LA MICROBIOLOGÍA 2.2.1. Lección 21. Normas de bioseguridad 2.2.2. Lección 22. Niveles de contención en laboratorios 2.2.3. Lección 23. Equipos y materiales para manejo microbiológico de la

102 105 106 109 112 115 119 128 129 130 132 134 5

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bioseguridad I 2.2.4. Lección 24: Equipos y materiales para manejo microbiológico de la bioseguridad II 2.2.5. Lección 25: El microscopio 2.2.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 5 2.3. CAPÍTULO 6: TÉCNICAS DE CULTIVO 2.3.1. Lección 26. Medios de cultivo 2.3.2. Lección 27. Condiciones generales para el cultivo de microorganismos 2.3.3. Lección 28. Siembra de microorganismos 2.3.4. Lección 29. Técnicas de tinción 2.3.5. Lección 30. Técnicas de recuento bacteriano 2.3.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 6 3. UNIDAD 3: AMBIENTES MICROBIOLÓGICOS Y SU APLICACIÓN INDUSTRIAL 3.1. CAPÍTULO 7: MICROORGANISMOS EN LA NATURALEZA 3.1.1. Lección 31: Poblaciones en los ecosistemas 3.1.2. Lección 32: Actividades biogeoquímicas de los microorganismos 3.1.3. Lección 33: Flora microbiana del aire 3.1.4. Lección 34: Microbiología del suelo 3.1.5. Lección 35: Microbiología del agua 3.1.6. Ejercicios de repaso del capítulo 7 3.2. CAPÍTULO. 8: MICROBIOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS 3.2.1. Lección 36: Las bacterias y su importancia en la producción de alimentos 3.2.2. Lección 37: Alteraciones microbianas en los alimentos 3.2.3. Lección 38: Contaminación de alimentos 3.2.4. Lección 39: Microbiología de la leche y productos lácteos 3.2.5. Lección 40: Microbiología de frutas y hortalizas 3.2.6. Actividades de repaso del capítulo 8 3.3. CAPÍTULO. 9: SISTEMA INMUNOLÓGICO 3.3.1. Lección 41: Epidemiologia 3.3.2. Lección 42: Principales enfermedades 3.3.3. Lección 43: Vacunas 3.3.4. Lección 44: Productos farmacéuticos de origen microbiano 3.3.5. Lección 45: Contaminación de productos farmacéuticos y su control 3.3.6. Actividades de repaso del capítulo 9

136 139 145 146 147 151 154 159 167 172

174 177 179 186 193 196 202 207 208 209 218 220 224 227 237 239 240 242 246 252 255 258

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INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Comparación de tamaños en el estudio microbiológico Tabla 2. Ejemplo de clasificación completa de un Microorganismo: la bacteria Neisseria meningitidis Tabla 3. Tabla de progresión de crecimiento microbiano Tabla 4. Tabla de clasificación de microorganismos de acuerdo a su tolerancia al pH Tabla 5. Principales enfermedades causadas por microorganismos del agua sus sintomas y la fuente de contaminación Tabla 6. Principales enfermedades, patògeno, sintomas y fuente de contaminación Tabla 7. Algunas enfermedades humanas producidas por bacterias: Tabla 8. Productos farmacéuticos aplicados a la salud humana y que provienen de organismos genéticamente modificados

PAGINA 15 26 105 110 205 206 244 254

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INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Experimento de la teoría de la generación espontánea Figura 2. Experimento de Louis Pasteur Figura 3. Relaciones evolutivas entre los organismos vivos Figura 4. Imagen y representación gráfica de un virus Figura 5. Representaciones esquemáticas de un virus y un bacteriófago Figura 6. Esquemas representativos de los Priones Figura 7. Esquema del poder infectivo de los priones Figura 8. Arqueas Figura 9. Esquemas representativos de diferentes tipos de bacterias Figura 10. Imágenes de la Spirulina máxima e Horminios en Spirulina Figura 11. Imagen de Micoplama Figura 12. Imagen de un micoplasma Figura 13. Representación esquemática de una bacteria Figura 14. Representación reproducción de una bacteria Figura 15. Clasificación Morfológica de las bacterias Figura 16. Protozoos Figura 17. Esquema de un paramecio Figura 18. Entamoeba histolítica. Figura 19. Imagen del parásito Balantidium Colli Figura 20. Tripanosomas en sangre. Figura 21. Imagen de una Giardia lamblia Figura 22. Imagen de los Plasmodium Figura 23. Imágenes de algas Figura 24. Imagen de una especie de levaduras Figura 25. Imágenes de hifas de diferentes tipos de hongos Figura 26. Reproducción asexual del hongo del pan: Rhizopus nigricans modificado e imagen de Conidios en Penicillium Figura 27. Reproducción sexual de los hongos Figura 28. Imágenes de levaduras: Saccharomyces cerevisiaede la familia Ascomycota y Cryptococcus albidus, utilizadas para la fabricación de pan Figura 29. Estructura del ADN Figura 30. Serratia marcescens Figura 31. Recombinación genética de bacterias Figura 32. Plasmodium falciparum Figura 33. Aspectos para el cálculo del crecimiento microbiano Figura 34. Curva de crecimiento bacteriano Figura 35. Esquema de los parámetros de crecimiento microbiano

PAGINA 16 17 24 30 31 38 39 41 44 45 48 50 51 55 56 61 61 63 64 64 65 66 67 70 73 74 75 78 86 87 90 92 107 107 118 8

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Figura 36. Imagen y partes de una autoclave Figura 37. Horno Pasteur Figura 38. Destilador de agua Figura 39. Siembra en Cámara de Flujo Laminar Figura 40. Imágenes de equipos de incubación Figura 41. Phmetro y contador de colonias Figura 42. El microscopio y sus partes Figura 43. Cultivo de bacterias y aislamiento de colonias Figura 44. Método de aislamiento por siembra por estría en placa. Figura 45. Imagen de siembra por estrías Figura 46. Imagen de la técnica del microcultivo de microorganismos Figura 47. Cryptococcus neoformans en tinción con tinta china. Figura 48. Imágenes de diferentes tinciones de Gram Figura 49. Esquema del procedimiento de la tinción de Gram Figura 50. Pared celular de las bacterias Gram positivas y Gram negativas Figura 51. Mycobacterium tuberculosis Figura 52. Clostridium perfringens, microorganismo causante del tétano Figura 53. Recuento en placa dilución de la muestra Figura 54. Contador de colonias Figura 55. Esquema de los elementos necesarios para el recuento de colonias Figura 56. Rhizobium, streptomyces griseus Figura 57. Ciclos biogeoquímicos Figura 58. Ciclo del carbono Figura 59. Ciclo del nitrógeno Figura 60. Esquema del ciclo del azufre Figura 61. Comportamiento de un fitopatógeno Figura 62. Esquema de la formación de una comunidad clímax Figura 63. Organismos del suelo Figura 64. Algas verdeazules Figura 65 Micelio (esporangios) de hongo Figura 66. Esquema de Las Bacterias y su importancia en la producción de alimentos Figura 67. Lactobacillus bulgaricus Figura 68. Contaminación en alimentos debido a fuentes hídricas Figura 69. Secuencia lógica para la aplicación del sistema de haccp Figura 70. Ejemplo de hoja de trabajo del sistema de HACCP Figura 71. Tríada epidemiológica Figura 72. Infecciones virales

134 135 135 137 137 139 143 148 156 157 158 160 162 163 164 164 166 169 169 170 183 187 188 189 190 194 196 197 198 199 210 225 228 232 233 241 245

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FICHA TÉCNICA Nombre del curso:

Palabras clave:

Institución: Ciudad: Autora del Académico:

Microbiología código 201504 http://www.unad.edu.co/fac_ingenieria/pages/Microbiologia_mutim edia/inicio.htm Microorganismos, bacterias, hongos, algas, virus, crecimiento, cultivo y técnicas de laboratorio, biotecnología, seguridad microbiana, aplicaciones industriales Universidad Nacional Abierta y a Distancia -UNAD. Bogotá – Colombia Protocolo Carmen Eugenia Piña López [email protected], [email protected]. Ajustado por: Marta Cecilia Vinasco Guzmán, [email protected], [email protected]. Mery Liliana López Martínez [email protected].

Año: Unidad Académica: Campo de formación: Área del conocimiento: Créditos académicos:

2011. Ciencias Básicas Básica disciplinar Ciencias Naturales. Tres (3), correspondiente a 144 horas de trabajo académico: 106 horas promedio de estudio independiente y 38 horas promedio de acompañamiento tutorial. Tipo de curso: Metodológico. No Habilitable Destinatarios: Estudiantes de diversos programas de pregrado y cursos abiertos de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia-UNAD-. Competencia general de El estudiante identifica y describe con propiedad los enfoques aprendizaje: teóricos de la microbiología, así como sus aplicaciones en los problemas del entorno, aspectos que configuran el campo teórico de la microbiología, mediante el análisis de alternativas de uso seguro a nivel industrial apoyadas en experiencias previas de laboratorio y en procesos de investigación formativa. Además el estudiante potencia su capacidad de autodirección del aprendizaje. Metodología de oferta: A distancia. Formato de circulación: Documentos impresos en papel, Web; CD-ROM. Se en el curso hipermedia se encuentran una serie de vídeos, animaciones. interactividades que potencian el autoaprendizaje Denominación de las 1. Tendencias disciplinares de la microbiología. unidades didácticas: 2. Crecimiento Microbiano 3. Ambientes microbiológicos y su aplicación industrial

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1. UNIDAD 1: TENDENCIAS DISCIPLINARES DE LA MICROBIOLOGÍA Esquema de la unidad

Ficha técnica Unidad 1: Tendencias Disciplinares de la Microbiología Palabras claves: Microorganismos, ciencia, interacciones, biotecnología, células eucariotas y procariotas, genética, bacterias, hongos, algas, virus. Horas de trabajo académico: El contenido de esta unidad corresponde a un crédito académico, que equivale a 12 horas de acompañamiento tutorial y 36 horas de trabajo independiente

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Introducción: La microbiología es una rama de la biología que se encarga del estudio de los organismos vivos de tamaño microscópico. Los microorganismos, algunos útiles y otros perjudiciales, son indispensables para la conservación de la vida. Los determinantes ecológicos (condiciones ambientales), establecen las características de los microorganismos presentes. Esas características se ven representadas en la gran variedad de especies, número poblacional, requerimientos nutricionales, utilización de oxígeno para su metabolismo, etc. Justificación: Los estudiantes de carreras que tienen que ver con las ciencias de la vida, deben conocer los conceptos básicos de la morfología de los microorganismos, derivado del concepto de la ubicuidad de éstos, puesto que se encuentran en cualquier lugar de su entorno. Intencionalidades formativas: El estudiante debe adquirir con el desarrollo de la presente unidad los conocimientos básicos de la morfología y la taxonomía de microorganismos como las bacterias, los protozoos, los virus, los hongos y las algas. Objetivos  Identificar y describir los enfoques teóricos de la microbiología, así como sus aplicaciones en los problemas del entorno, aspectos que configuran el campo teórico de la microbiología 

Definir los términos más importantes en el campo de la microbiología



Conocer las principales diferencias entre los diferentes grupos de microorganismos



Determinar la importancia que tienen para el hombre los microorganismos de uso industrial, en su vida cotidiana y su impacto en el medio ambiente.

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1.1. CAPITULO 1. PERSPECTIVAS Y TENDENCIAS Introducción La Microbiología, es una ciencia en constante avance por el proceso de interacción entre los microorganismos y los humanos, plantas y animales, lo cual obliga a investigar las características de acción de cada tipo microbiano. Objetivos 1.

Identificar y describir los enfoques teóricos de la microbiología.

2.

Identificar la interrelación de esta ciencia con diversos campos de estudio, desde una perspectiva científica y práctica

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1.1.1 Lección 1. Definición de Microbiología

La microbiología estudia los microorganismos u organismos generalmente microscópicos, aunque algunos pueden ser observados a simple vista. Hay muchos campos de estudio específico en microbiología: bacteriología, protozoología, micología, virología, microbiología agrícola, microbiología de alimentos, microbiología ambiental, entre otras. El objeto material de la microbiología viene delimitado por el tamaño de los seres que investiga, lo que supone que abarca una enorme heterogeneidad de tipos estructurales, funcionales y taxonómicos: desde partículas no celulares como los virus, viroides y priones, hasta organismos celulares tan diferentes como las bacterias: eubacterias, arqueas, los protozoos, parte de las algas, los hongos y levaduras. La microbiología es una disciplina que aporta tanto conceptos como técnicas y metodologías útiles para la gestión industrial de muchos procesos que aprovechan la capacidad de los microorganismos para la producción rápida de una serie de insumos y de transformaciones de materiales, necesarios para el desarrollo humano y económico, tales como aumento y rendimiento de cultivos, biofertilizantes, biocontrol, vectores para transferencias de información genética en el desarrollo de plantas transgénicas, producción de compuestos químicos y aditivos para alimentos, eliminación de materiales contaminantes y residuos tóxicos del medio ambiente entre otras. ¿Qué son los microorganismos? Son los seres más numerosos que habitan en todas las regiones del planeta: suelo, aire, agua, hielo, rocas, cuerpo del hombre y de los animales, en plantas, alimentos. Sin ellos nuestro planeta no podría sobrevivir. La mayoría son de tamaño microscópico, aunque los hay visibles a simple vista como es el caso de algunos hongos y algas. Los microorganismos se adaptan a las condiciones en que ningún otro organismo podría sobrevivir (ácidas, saladas, presión y temperaturas más extremas en la tierra). A excepción de los virus los microorganismos pueden existir como células individuales o como colonias de células. Una célula microbiana puede realizar de forma independiente todos los procesos metabólicos necesarios para vivir. De acuerdo con su estructura celular los microorganismos pueden ser procariotas y eucariotas. Dentro de los procariotas se encuentran las bacterias: arqueas y eubacterias, dentro de los eucariotas 14

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se agrupan: los hongos filamentosos pluricelulares de mayor tamaño y las levaduras unicelulares pertenecientes al reino Fungi, las algas (rojas, diatomeas y verdes.) y los protozoos pertenecientes al reino protista. También encontramos microorganismos acelulares de tamaño submicroscópico como son los virus, viroides, virusoides y priones. Los microorganismos pueden ser: patógenos cuando son agentes causantes de enfermedades, no patógenos habitantes de la flora normal del cuerpo y microorganismos benéficos utilizados en medicina, en la industria y en el control de la contaminación. El papel de los microorganismos en el mantenimiento de los ecosistemas es de vital importancia, ya que son los responsables del reciclamiento de la materia. En los ciclos biogeoquímicos, todos los ecosistemas terrestres y acuáticos dependen de los microorganismos para sostener sus requerimientos nutricionales. Tabla 1. Comparación de tamaños en el estudio microbiológico Ciencia Virología Bacteriología

Microorganismo Virus Nanobacterias ultramicrobacterias Arqueas

o

Tamaño 18 y 20 nanómetros de ancho 20 a los 200 nanómetros o 0.02 -0.20 µm 0,5-5 µm,

Cianobacterias

1 a 10 µm

Bacterias

Nanobacterias 0.05 µm Micoplasmas 0.2 a 0.3 µm Epulopiscium una bacteria de gran tamaño 0.5 mm

Micología

Hongos

Ficología

Algas

Protozoología

Protozoos

Equivalencia 1 nanómetro (µm) = 1 millonésima parte de 1 milímetro 1000 nm = 1 µm Micrómetro (µm) = 1/1000 milímetros, es también conocido como micra (µ.) 1 µm = 0,001 mm 1 mm = 1000 µm

E. coli 0.5 µm de ancho por 2 µm de largo Levaduras 2,5 -10 µm de ancho y 4, 5-21 µm. de largo hongos filamentosos 2 mm a 20 cm. de 1 µm hasta las que se observan a simple vista 10 µm a varios mm.

Transferencia En 1858, este científico contrapuso a la teoría de la generación espontánea, la teoría de la biogénesis: toda célula viva proviene de otra célula viva. Indique el nombre del científico correspondiente: A. Louis Pasteur B. Rudolf Virchow C. Lazzaro Spallanzani D. Robert Koch

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1.1.2. Lección 2. Evolución histórica

El estudio de la microbiología se aclara mejor, al analizar su evolución histórica a través del trabajo de los grandes pioneros de esta disciplina. La primera invención que abrió la posibilidad de estudio de lo pequeño fue la creación del microscopio a comienzos del siglo XVII por el holandés Antony van Leeuwenhoek. Hasta la segunda mitad del siglo XIV la gente creía que los organismos surgían espontáneamente del suelo húmedo, del estiércol o de la carne en descomposiciónTeoría de la generación espontánea-. Una de las implicaciones de la invención del microscopio y la posible observación de estos minúsculos seres vivos fue el interés de la comunidad científica por el origen de estos seres microscópicos. Figura 1. Experimento de la teoría de la generación espontánea

Tomado de: http://aportes.educ.ar/biologia/nucleo-teorico/recorrido-historico/como-seorigina-la-vida/los_primeros_experimentos.php Los italianos, Francisco Redi (mediados siglo XVII) y Lazzaro Spallanzani (mediados siglo XVIII), lograron desvirtuar la teoría de la generación espontánea. Redi colocó pedazos de carne en frascos abiertos y cerrados. Notó que sólo aparecían gusanos en los frascos abiertos y Lazzaro Spallanzani mediante sencillos experimentos, hirviendo un caldo que contenía microorganismos en un recipiente de vidrio, y cerrándolo después herméticamente para evitar la entrada de aire, impidió el crecimiento de microorganismos al mantenerse el caldo claro y estéril.

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Teoría de la Biogenésis En 1858 el alemán Rudolf Virchow contrapuso a la teoría de la generación espontánea la teoría de la biogénesis: toda célula viva proviene de otra célula viva. Louis Pasteur, en 1861 fue quien en definitiva logró refutar la teoría de la generación espontánea al demostrar experimentalmente que los microorganismos presentes en el aire, sólidos y líquidos, eran los responsables de la contaminación de la materia y que estos microorganismos podían ser destruidos por acción del calor. Pasteur utilizó recipientes con cuellos largos y curvos, en los que colocó un caldo que había hervido durante algunos minutos. Al retirarlo del fuego, el aire entraba por el cuello, pero los microbios quedaban atrapados en él, lo que impedía que contaminaran el líquido y permitía conservarlo estéril indefinidamente. Sólo cuando se rompía el cuello, aparecían organismos en el caldo.

Figura 2. Experimento de Louis Pasteur

Tomado de: http://es.geocities.com/joakinicu/imagen0016.htm

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE RELACIÓN Este tipo de preguntas consta de dos proposiciones así: Una Afirmación y una Razón, unidas por la palabra PORQUE. Usted debe examinar la veracidad de cada proposición y la relación teórica que las une. Para responder este tipo de preguntas, debe leerla completamente y señalar en la hoja de respuesta, la elegida de acuerdo con las siguientes instrucciones: Marque A si la afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque B si la afirmación y la razón y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque C si la afirmación es VERDADERA, pero la razón es una proposición FALSA. Marque D si la afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

En la edad de Oro de la microbiología se lograron innumerables avances que establecieron a la microbiología como una ciencia PORQUE se desarrolló la pasteurización, la fermentación por acción de levaduras y el desarrollo de las técnicas de inmunización.

1.1.3. Lección 3. Campos de aplicación y perspectivas

La Microbiología como ciencia La edad de Oro de la microbiología tuvo lugar durante los años 1857 a 1914, cuando se lograron innumerables avances que establecieron a la microbiología como una ciencia. Algunos de estos avances son los aportados por Louis Pasteur sobre: la teoría de la enfermedad infecciosa, el desarrollo de la pasteurización, la fermentación por acción de levaduras, el desarrollo de las técnicas de inmunización; los desarrollados por Robert Koch como el descubrimiento del Bacillus anthracis causante del carbunco , del Mycobacterium turbeculosis, agente de la tuberculosis, de la bacteria Vibrio cholerae, causante del cólera; otros científicos continuaron con el descubrimiento de más microorganismos causantes de enfermedades. En 1928 Alexander Fleming descubrió de forma accidental un hongo al que llamó penicilina, capaz de inhibir el 18

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crecimiento de las bacterias. Más tarde este hongo fue identificado como Penicillium notatun. La microbiología y el estudio de la enfermedad infecciosa El cambio de enfoque que tuvieron los científicos a comienzos del siglo XX influyó en la independencia que obtuvo la microbiología de la biología general. Los principales intereses de los microbiólogos en este periodo fueron la caracterización de enfermedades infecciosas, el estudio de la inmunidad y de sus funciones en la prevención y curación de las enfermedades, la búsqueda de agentes quimioterapéuticos y el análisis de las actividades químicas de los microorganismos, mientras que los biólogos estaban concentrados en la organización de la célula y su papel en la reproducción, el desarrollo y los mecanismos de herencia y evolución de vegetales y animales. Gracias a los desarrollos alcanzados en la microbiología se crearon nuevas ramas de esta ciencia como la virología y la inmunología. Relación de la genética microbiana con la biología molecular Años después, aportes importantes de la microbiología en la bioquímica y la genética pusieron fin a un largo aislamiento de ésta entre las principales corrientes del pensamiento biológico y establecieron la base para la segunda revolución importante de la biología: la biología molecular. La relación de la genética microbiana con la biología molecular dio origen a la tecnología del ADN recombinante que permite obtener microorganismos modificados genéticamente para: 

Producir hormonas como la insulina humana utilizada en pacientes diabéticos y que es obtenida a partir de la levadura transgénica de Saccharomyces cervisiae, o de bacterias como Escherichia coli modificadas genéticamente; la hormona del crecimiento que se obtiene a partir de bacterias transgénicas.



Elaborar fármacos, vacunas, anticuerpos.



Fabricar aditivos para los alimentos como edulcolorantes, aminoácidos.



Producir enzimas utilizadas en la fabricación de productos de panadería, en cervecería, en la fabricación del queso.



Degradar residuos compuestos tóxicos como los detergentes, como los hidrocarburos, por ejemplo las bacterias transgénicas de Pseudomonas utilizan como nutrientes compuestos polihalogenados, convirtiéndolos en productos inocuos para el medio ambiente. Esta técnica se conoce como biorremediación.

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Campos de aplicación y perspectivas La relación de la microbiología con otras disciplinas ha generado el desarrollo de otros campos del conocimiento como: La microbiología de alimentos, estudia los microorganismos como productores de alimentos y como agentes de deterioro de alimentos. En el primer caso selecciona, mantiene, y mejora microorganismos útiles en la generación de productos alimenticios, con nuevas características sensoriales: texturas, olores o sabores, en el segundo caso se encarga de desarrollar mecanismos para prevenir y controlar el contacto con los alimentos. La microbiología industrial se encarga de estudiar y manipular los microorganismos a gran escala para que produzcan compuestos o realicen funciones útiles como la producción y transformación de alimentos, fármacos, vacunas, disolventes orgánicos. Por ejemplo la proteína unicelular utilizada en la alimentación animal y producida por microorganismos cultivados sobre desechos industriales da rendimientos muchísimo más elevados que la producida en las cosechas. La microbiología médicaestudia e identifica los agentes causantes de enfermedades y su proceso infeccioso, así como la respuesta inmunológica del paciente (sistema inmune y protección ante agresiones externas), y la selección del tratamiento antimicrobiano. La microbiología agrícola estudia los procesos microbianos útiles para el crecimiento de las plantas, además de las enfermedades de las plantas causadas por hongos, bacterias, virus, viroides entre otros. La microbiología Sanitaria desarrolla procesos de ingeniería a gran escala para el tratamiento de residuos. La microbiología del agua potable investiga y aplica métodos para eliminar las bacterias patógenas en redes de agua. Igualmente gracias al estudio de los microorganismos, en la actualidad, se han desarrollado otras ramas de la Biología, como la Genética Microbiana, la Ingeniería genética y la Biotecnología. Genética microbiana estudia la función de los genes, su expresión y regulación. La Ingeniería genética con importante aplicación tanto en la en la parte clínica y en la agricultura. Mediante técnicas de ADN recombinante se han producido proteínas como la insulina, la hormona del crecimiento, el interferón, el factor VIII de coagulación, las beta endorfinas que suprimen el dolor, vacunas contra microorganismos causantes de enfermedades La biotecnología microbiana se conoce como el manejo, modificación genética y propagación de microorganismos vivos mediante el uso de tecnologías como el cultivo de 20

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tejidos y la ingeniería genética, que dan como resultado la obtención de microorganismos nuevos o mejorados.

Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas.

Las cianobacterias, antiguamente conocidas como algas verdeazules, por su color verde-azulado (a veces rojizo, pardo o negro), son bacterias que han estado viviendo sobre nuestro planeta por más de 3 mil millones de años. Se caracterizan por que son: 1. Pluricelulares, eucariotas 2. Procariotas, autótrofas 3. Eucariotas, autótrofas 4. Unicelulares, pluricelulares

1.1.4. Lección 4. Células procarióticas y eucarióticas1

Organismos procarióticos son aquellos en los que no tienes organelos y no existe la separación entre núcleo y citoplasma. Dentro de este grupo se incluyen las bacterias. Organismos eucarióticos son aquellos en cuyas células puede diferenciarse un núcleo que contiene el material genético separado de un citoplasma en el que se encuentran diferentes orgánulos celulares. Mención aparte merecen los virus, partículas inanimadas de material genético protegido por capas más o menos complejas de proteínas y lípidos. Carecen de actividad metabólica cuando se encuentran libres. 1

Microbiología General. Tema 1: Introducción, morfología y estructura de los microorganismos. Tomado de: http://www.unavarra.es/genmic/microgral/01_morfologia_y_estructura.pdf

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En general, las células procarióticas son más simples que las eucarioticas. Las células eucarioticas, contienen membranas internas que diferencian órganos celulares (aparato de Golgi, retículo endoplásmico, vacuolas, lisosomas, etc.), no presentes en las células procariotas. En estas el citoplasma es continuo y en él se encuentra los encargados de la traducción del mensaje genético en proteínas. Las células eucarióticas son el resultado de una simbiosis establecida hace muchos millones de años entre células procarióticas (que han dado lugar a las mitocondrias y a los cloroplastos) y un núcleo eucariótico (el núcleo de nuestras células). A causa de esta simbiosis, ciertos agentes quimioterapéuticos que son activos frente a procariotas pueden resultar tóxicos para eucariotas al interaccionar con sus mitocondrias. Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas. Las diferencias fundamentales entre células procarioticas y eucarióticas son:

1. 2. 3. 4.

Presencia de Pared Celular Presencia/Ausencia de Núcleo Presencia/Ausencia de Membrana Celular Presencia/Ausencia de Organelos

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1.1.5. Lección 5. Clasificación de los Microorganismos

La taxonomía de los microorganismos se refiere a las formas de clasificación con sus respectivos métodos. La taxonomía se encarga de la clasificación, identificación y nomenclatura de los organismos. La clasificación se relaciona con la agrupación de los organismos en grupos o taxones en función de semejanzas mutuas o del parentesco evolutivo –filogenia. La nomenclatura se ocupa de la asignación de nombres a grupos taxonómicos de acuerdo con normas establecidas. La identificación determina a que taxón pertenece un determinado organismo. La base en que se fundamenta la taxonomía microbiana se origina en la investigación de las relaciones filogenéticas resultantes de la evolución, la cual desembocó en las tres grandes categorías o dominios denominados por Carl Woese: Arqueobacterias o archaea, Eubacterias y Eucariotas. * Arqueobacteria o Archaea Son las bacterias más antiguas que se conocen y están adaptadas a vivir en ambientes extremos, son de estructura células procariota. * Eubacteria o Bacteria comprende las cianobacterias, los micoplasmas y las llamadas "bacterias verdaderas", son de estructura células procariota. * Eucariota o Eukarya a este domino pertenecen los microorganismos de los reinos Protisto: protozoos y algas y del reino Fungi: los hongos filamentosos y los unicelulares como las levaduras y los organismos del reino Plantas y del reino Animal, son de estructura celular eucariota. Estos 3 dominios agrupan a los microorganismos conocidos a excepción de los microorganismos acelulares como los virus, viroides y priones. La distancia entre cada uno de los grupos incluidos en cada dominio indica el grado de parentesco entre ellos.

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Relaciones evolutivas entre organismos vivos2 En la actualidad se pueden determinar relaciones filogenéticas (evolutivas) entre los microorganismos. Para establecer estas relaciones se utilizan una serie de métodos basados en comparaciones de la secuencia de ácidos nucleicos, particularmente en la secuencia del ARN ribosómico (ARNr), esto es, el ARN estructural del ribosoma que constituye la estructura clave de la célula implicada en la traducción del ARN. Figura 3. Relaciones evolutivas entre los organismos vivos

Fuente: Dra. Carmen Eugenia Piña De hecho, uno de los descubrimientos recientes más importantes en biología es que los cambios en la secuencia nucleotídica del ARN ribosómico (determinados en definitiva por mutaciones en el ADN que codifica el ARN ribosómico) pueden ser usados como una medida para establecer relaciones evolutivas entre células. A partir de estudios sobre secuencias de ARN ribosómico se pueden definir tres linajes celulares evolutivamente diferentes, dos de los cuales presentan estructura procariótica y

2

Adaptado de: http://es.geocities.com/joakinicu/apartado1e.htm

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uno que es eucariótico. Los grupos o dominios se llaman Eubacteria, Archaea o Arqueobacteria y Eukarya o Eucariota. Pese al hecho de que a nivel molecular tanto Eubacteria como Arqueobacteria son procariotas, los dos grupos difieren evolutivamente entre sí tanto como del grupo Eucariota. Se piensa que los tres grupos se originaron muy pronto en la historia de la vida sobre la Tierra por divergencias a partir de un organismo ancestral común, el "antepasado universal". Eubacteria y Arqueobacteria representan ramas evolutivas que nunca evolucionaron más allá del nivel microbiano Identificación y clasificación de los microorganismos Además de comprender y valorar los orígenes filogenéticos de los organismos celulares resulta importante, ser capaz de identificar y clasificar los microorganismos. Una identificación rápida de un microorganismo causante de enfermedades en humanos o animales es esencial para establecer el tratamiento adecuado del paciente. Se han usado varios criterios para caracterizar microorganismos y, en la actualidad, se tienen en cuenta tanto características celulares como filogenéticas para la clasificación. Tras un estudio profundo de la estructura y función de un microorganismo, incluyendo su genética, metabolismo, comportamiento y otras propiedades distintivas, es posible reconocer un cierto número de características únicas en un microorganismo dado. Una vez que el organismo ha sido definido en función de esa serie de características propias, recibe un nombre. Los microbiólogos usan el sistema binomial de nomenclatura establecido inicialmente por Linneo para designar animales y plantas. El sistema binomial consta de dos nombres: el género y la especie. El género es un nombre que se aplica a ciertos organismos relacionados; dentro del género, cada tipo de organismo recibe un nombre de especie. Los nombres de género y especie se usan siempre juntos para describir un tipo específico de organismo, ya sea una célula aislada o un grupo de células. La primera palabra corresponde al nombre científico del género y se escribe la primera letra con mayúscula y en cursiva, mientras que la segunda palabra corresponde a la especie, la cual se escribe en minúsculas y en cursiva. Por ejemplo, la bacteria Escherichia coli, o abreviadamente E. coli, tiene una designación de género, Escherichia, y un nombre de especie, coli. En microbiología la unidad taxonómica básica es la especie microbiana, cepa o estirpe.

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Tabla 2. Ejemplo de clasificación completa de un Microorganismo: la bacteria Neisseria meningitidis Dominio Eubacteria Reino Mónera Phylum Proteobacte ria

Clase ß proteobacteri a Orden Neisserriale s Familia Neisseriacea e Género Neisseri a Especie Neisseria meningitidi s

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Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas.

Las bacterias pueden presentarse como células aisladas o formando grupos. Esta característica es también importante para poder identificarlas. En algunos casos la aparición de las bacterias formando agrupaciones no es una característica de estas in vivo sino un efecto de ciertas técnicas de tinción (como en el caso del género Staphylococcus) Las principales formas de agrupamiento de las bacterias son en las que se observan: 1. 2. 3. 4.

Estreptococos y Estreptobacilos Viriones Sarcinas Conidios

1.1.6. Actividades de Autoevaluación del capítulo 1 CRUCIGRAMA: TÉRMINOS IMPORTANTES EN MICROBIOLOGÍA HORIZONTALES: 1. Se dice de la infección contraída en un hospital 4. Capacidad de un agente infeccioso de producir enfermedad en un huésped susceptible 5. Indica el grado de patogenicidad de un microorganismo 6. Se dice de la enfermedad que está restringida a una zona determinada donde son habituales. 9. Proliferación de microorganismos patógenos en alguna parte del cuerpo de un organismo. 10. Ausencia de toda clase de microorganismos patógenos. 11. Organismo, normalmente insectos, que transmiten un agente patógeno de un individuo enfermo a uno sano. 12. Enfermedades de los animales que se pueden transmitir al hombre.

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VERTICALES: 2. Presencia de bacterias en la sangre con infección generalizada 3. Epidemia que afecta a mucha población a nivel mundial. 7. Término propuesto para referirse a las enfermedades causadas por organismos que son de vida libre pero que ocasionalmente se comportan como parásitos facultativos. 8. Enfermedad infecciosa que afecta a un número elevado de personas de una zona en un periodo corto de tiempo.

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1.2. CAPITULO 2. DIVERSIDAD MICROBIANA Introducción El presente capítulo aborda el estudio de los microorganismos para diferenciarlos por tipos y categorías específicas, lo cual permite la sistematización del conocimiento entre la red de investigadores a nivel mundial. Comprender la diversidad microbiana, requiere conocer las raíces evolutivas de las células. Debido a que la evolución ha forjado todas las formas de vida en la Tierra, la diversidad estructural y funcional que apreciamos en las células representa un conjunto de éxitos evolutivos que, a través del proceso de la selección natural, confieren un valor de supervivencia (adaptabilidad) a los microorganismos de hoy. La diversidad microbiana puede ser apreciada en términos de variaciones en el tamaño celular y la morfología, estrategias metabólicas, movilidad, división celular, biología del desarrollo, adaptación a ambientes extremos y muchos otros aspectos estructurales y funcionales de la célula. Para poder comprender la gran diversidad de microorganismos existentes es preciso agruparlos y organizar los grupos generales en una estructura jerárquica sin superposiciones. De eso se encarga la Taxonomía, que es la ciencia de la clasificación biológica.

Objetivos 

Mostrar la diversidad microbiana desde el punto de vista sistemático.



Identificar y describir con propiedad los grupos acelulares conocidos como virus, viroides y priones.



Identificar las enfermedades y las aplicaciones útiles o industriales de estos microorganismos

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1.2.1. Lección 6. Organismos acelulares

Características de los virus Los virus se encuentran en todos los lugares: en el aire, agua, suelo, en todos los materiales, no como estructuras aisladas, sino parasitando las células de bacterias, hongos, plantas, animales, hombre a las que pueden infectar. Son organismos submicroscópicos (observables solo a través del microscopio electrónico), de forma variable, pueden ser alargados, en forma de óvalos puntiagudos o de ladrillos con las esquinas redondas, otros son poliédricos, icosaédricos (polígono de 20 lados), otros tienen apariencia de cuerdas con bucles, otros como los bacteriófagos que atacan a las bacterias, tienen forma más compleja su estructura presenta cabeza y cola.

Figura 4. Imagen y representación gráfica de un virus

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Organización y composición de los Virus Los virus contienen solamente un tipo de ácido nucleico que puede ser: ADN (ácido desoxirribonucleico) o ARN (ácido ribonucleico), de banda sencilla o de doble banda. El ácido nucleico está rodeado de una cubierta de proteína denominada cápsida viral la cual tiene como función proteger el ácido nucleico vírico y propiciar la unión del virus con los receptores de la célula a infectar. La cápsida a su vez está constituida por fragmentos de proteínas llamadas cápsomeros. La cápsida constituye la mayor parte de la masa del virus. Algunos tipos de virus como el de la inmunodeficiencia humana (VIH), poseen una envoltura que envuelve la cápsida y está constituida por lípidos y proteínas. La envoltura tiene su origen en la membrana de la célula infectada y es tomada en el momento en que el virus abandona la célula. La presencia de lípidos en la envoltura hace que los virus sean sensibles a disolventes de grasa como el éter. A esta estructura completa se la denomina partícula vírica o virión Los virus no tienen organización celular, carecen de de ribosomas, de sistemas productores de energía (ATP) y de sistemas enzimáticos para la síntesis de ácido nucleico y proteínas, elementos necesarios para realizar sus procesos metabólicos de manera independiente, como son su crecimiento y replicación, para lo cual el genoma viral utiliza el metabolismo de la célula hospedadora, constituyéndose los virus en parásitos intracelulares obligados. Motivo por el cual se les sitúa en el límite entre lo vivo y lo no vivo. Los virus tienen especificidad por el tipo de célula a infectar. Por ejemplo un virus puede infectar una célula vegetal pero no una animal y solamente un tipo de célula dentro del organismo animal o vegetal. Algunos virus pueden existir en portadores sanos, pero al ser transmitidos a otro ser, este puede sufrir la infección. Es el caso del virus del SIDA.. Formas de acción viral. Los virus pueden actuar de dos formas distintas: º Como agentes infecciosos productores de enfermedades en el hombre, las plantas y los animales. Se reproducen en el interior de las células que infectan de donde obtienen todo el material y los mecanismos requeridos para su replicación. Al no poseer metabolismo propio son insensibles a los antibióticos y a otros fármacos que actúan sobre las vías metabólicas, siendo en su mayoría susceptibles al interferón. º Como agentes genéticos que modifican el material hereditario de las células que

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infectan, al unirse a su material genético y causar variabilidad genética. Los virus que infectan a las bacterias se denominan bacteriófagos. Figura 5. Representaciones esquemáticas de un virus y un bacteriófago

Mecanismo de replicación de los virus. El mecanismo de replicación de los virus depende la constitución del virus (tipo de ácido nucleico, presencia o ausencia de envoltura) y del tipo de célula huésped. El proceso se inicia con la adhesión del virus a la célula. El virus penetra dentro de la célula e inyecta en ella su ácido nucleico (material genético). Si el ácido nucleico del virus es ADN, este se inserta en el ADN de la célula hospedera. El ADN de la célula hospedera fabrica las proteínas víricas y el ácido nucleico viral se replica en la célula que parásita utilizando las enzimas, el material y los mecanismos de la célula que lo hospeda. Si el ácido nucleico del virus es ARN, el virus debe primero cambiar su ARN en ADN, empleando la maquinaria de la célula hospedera para poder insertarse. Luego la célula hospedera fabrica las proteínas víricas y el ácido nucleico viral se replica en la célula que parásita utilizando las enzimas, el material y los mecanismos de la célula que hospeda. Cuando hay suficiente cantidad de ácido nucleico viral este se ensambla con la proteína vírica y abandona la célula. Los virus emplean las enzimas de la célula hospedera para fabricar nuevas cápsidas y otras proteínas virales. Los nuevos genes virales y las proteínas se ensamblan en nuevas partículas virales. Los nuevos virus son liberados de la célula hospedera.

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Ciclo Vital de los virus o mecanismo de replicación lítico3 El ciclo vital de los virus consta de las siguientes cuatro fases: entrada en la célula, eclipse, multiplicación y liberación del virus. Veremos primero el ciclo vital de un virus, explicado de la forma más general posible, para pasar a continuación a estudiar las diversas modalidades que pueden presentarse en cada una de las fases del ciclo. 1. Entrada La entrada en la célula consta a su vez de dos etapas: la adsorción o fijación del virus en la superficie celular, y la penetración a través de la membrana. En la fase de fijación el virus se une a la membrana de la célula hospedadora de forma estable. Hay una alta especificidad en la fijación de un virus a la membrana de su célula hospedadora, porque se ha de producir la unión entre determinadas proteínas de la cápsida vírica y determinadas glicoproteínas de la membrana plasmática de la célula que lo hospeda. A lo largo de un proceso evolutivo, cada virus ha ido adquiriendo sitios de unión específicos para anclarse en la membrana de un determinado tipo celular. La penetración o inyección a través de la membrana sigue diversas modalidades. Como resultado, bien el virus completo o bien solamente su ácido nucleico, logra invadir el citoplasma celular. Por regla general, se necesita el concurso de muchos virus para que alguno de ellos logre penetrar en la célula. 2. Eclipse La fase de eclipse corresponde a un tiempo, después de la penetración, en que el virus parece desaparecer, pues no se advierte ningún indicio de su presencia ni de su actividad. Lo que ocurre en esta fase es que se da un desensamblaje de las piezas del virus (si es que ha penetrado completo), y su ácido nucleico queda asimilado en las estructuras celulares aptas para los procesos de replicación y trascripción. Esta fase, variable de unos tipos de virus a otros. Durante esta fase se produce la síntesis del ARN, necesario para generar las copias de proteínas de la cápsida. También se produce la continua formación de ácidos nucleicos virales y enzimas destructoras del ADN bacteriano. Termina con la síntesis de los ARNm necesarios para que se sinteticen las proteínas que actuarán en la multiplicación del virus.

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Adaptado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_reproductivo_de_los_virus

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3. Multiplicacióny ensamblaje La multiplicación del virus consiste tanto en la replicación de su ácido nucleico, como en la síntesis de las proteínas de la cápsida. Los ácidos nucleicos y las proteínas recién sintetizadas se ensamblan rápidamente, produciéndose nuevas partículas víricas. En esta fase se produce la unión de los capsómeros para formar la cápsida y el empaquetamiento del ácido nucleico viral dentro de ella. 4. Liberacióny Lisis La liberación del virus consiste en la salida de las nuevas partículas víricas o viriones, que podrán infectar nuevas células iniciando un nuevo ciclo. Los viriones salen de la célula, mediante la lisis o ruptura enzimática de la pared bacteriana que conlleva a la muerte celular. Los nuevos virus se encuentran en situación de infectar una nueva célula. Modalidades de penetración en la célula Los virus complejos producen una ruptura en la membrana bacteriana en uno de los puntos de anclaje, gracias a la presencia de algunas moléculas de enzimas hidrolíticas entre las proteínas de la cápsida. A través de la ruptura, el tubo central inyecta del ADN vírico, quedando la cápsida vacía en el exterior de la bacteria. La presencia de cápsidas en la superficie bacteriana es un buen indicio de que la bacteria ha sufrido una infección vírica. Otros virus sin envoltura lipídica, se introducen en la célula con cápsida y todo, lo cual puede realizarse de dos maneras: º Por penetración directa: después de la fijación, el virus abre una brecha en la membrana y se introduce en el citoplasma. º Por endocitosis: la membrana forma una invaginación en torno al virus, llegando a formar una vesícula que penetra en la célula. Formada la vesícula, el virus abre una brecha en la membrana de la misma con ayuda de algunas enzimas hidrolíticas que él mismo transporta, penetrando así en el citoplasma. Los virus con envoltura lipídica burlan la barrera de la membrana celular porque su cubierta lipídica se funde con la membrana, ya que tienen la misma naturaleza. Esta fusión de membranas puede realizarse en dos lugares distintos: ºFusión en la superficie celular: de manera que el virión penetra directamente en el citoplasma.

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º Fusión con un lisosoma: se forma una vesícula por endocitosis, a la que se une un lisosoma para digerir la partícula introducida; entonces, la cubierta lipídica del virus se funde con la membrana del lisosoma y el virión escapa hacia el citoplasma. Modalidades de fase de eclipse Según la duración de la fase de eclipse, se suelen distinguir dos modalidades de ciclo infeccioso de un virus: º Ciclo Lítico: el ácido nucleico vírico procede inmediatamente a la transcripción de su mensaje genético en los ARNm necesarios para su multiplicación, y prosigue rápidamente el ciclo vital. Este tipo de ciclo es el más extendido en la naturaleza. º Ciclo lisogénico: fue descubierto por Lwoff en bacteriófagos. El ADN vírico se cierra por sus extremos generando un ADN circular. Este ADN se inserta en el ADN bacteriano en un lugar específico en el que la secuencia de nucleótidos bacterianos es semejante a alguna región del ADN vírico. La bacteria prosigue sus funciones vitales sin que el virus realice ninguna acción, y cuando el ADN bacteriano se duplica también lo hace el ADN vírico, de manera que el genoma del virus pasa a las dos bacterias hijas. La multiplicación bacteriana puede seguir durante generaciones sin que el virus se manifieste. Pero ante una alteración de las condiciones ambientales, el ADN vírico se separa del bacteriano y prosigue entonces las restantes fases de ciclo infeccioso, produciendo la muerte de la bacteria y nuevos ejemplares del virus. Algunos virus que infectan células animales siguen también el ciclo lisogénico, como los virus de las verrugas y algunos retrovirus que producen algunos tipos de cáncer. En el caso de los retrovirus, conviene recordar que el ácido nucleico es ARN monocatenario, por lo que la transcriptasa inversa ha de copiar el genoma vírico en forma de ADN antes de que pueda insertarse en el ADN celular. Estos dos ciclos configuran las etapas reproductoras de un virus bacteriófago. En referencia al ciclo lítico, éste se inicia con el anclaje del cuerpo vírico a la superficie de la bacteria y la posterior inyección de parte de su material genético en el interior de la bacteria. El paso posterior es el aprovechamiento del medio interno de la bacteria para sintetizar más virus a partir de componentes citoplasmáticos, tales como proteínas. Cuando se han fabricado los suficientes cuerpos víricos, la bacteria se lisa (rompe) y se liberan. En cuanto al ciclo lisogénico, el proceso se inicia con la inyección del material genético del virus en la bacteria, del mismo modo del proceso anteriormente expuesto; los 35

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filamentos de ADN inyectados a presión del cuerpo vírico se combinan con el material genético de la bacteria, denominándose éste proceso Recombinación Génica. Dicha combinación da como resultado una secuencia de nucleótidos bacteriana y vírica, con la cual se sintetizan nuevos virus. Éste ciclo puede dar a su vez un nuevo ciclo lítico. Para saber más: Clic para observar Vìdeo sobre los virus Clic para ver Animación sobre el ciclo lítico Ciclo de reproducción de los virus

Infección persistente Los nuevos virus no esperan a la muerte de la célula hospedadora para abandonarla, sino que van saliendo de la célula al mismo tiempo que se van produciendo, de manera que la célula puede seguir viva y produciendo nuevas partículas víricas. La liberación puede hacerse de dos maneras: º Los virus sin envoltura lipoproteína salen directamente, sin arrastrar ningún resto de la membrana plasmática, bien sea abriendo una brecha en la membrana, o bien aprovechando los mecanismos de excitases o salida de sustancias al exterior de la célula. º Los virus con envoltura lipoproteína salen por gemación, es decir, se rodean de una porción de membrana plasmática que acaba separándose de la célula y constituye la cubierta lipoproteína del nuevo virus. Enfermedades virales Los virus son causantes de enfermedades infecciosas en el hombre como son : la viruela, la gripe, la hepatitis, las paperas, la rabia, la poliomielitis, el SIDA, el sarampión, la encefalitis, la rubéola, el herpes, la fiebre amarilla ésta última transmitida por un vector; en los animales originan el moquillo, la rabia, la influenza, la encefalitis, el cólera; y en las plantas enfermedades como el virus del mosaico del tabaco y el virus del mosaico amarillo del nabo entre otras. Los mecanismos de transmisión son diversos algunos por vía respiratoria cuando la persona enferma estornuda o tose; otros a través de picaduras de insectos es el caso de la fiebre amarilla; o por mordedura de animales enfermos como en el caso de la rabia; los que causan trastornos digestivos por vía oral-fecal y por inoculación con jeringas u objetos infectados, por transfusión de sangre contaminada, por relaciones sexuales sin protección y por último a través de la madre al hijo durante el embarazo o en el momento del parto. En el caso de las plantas la transmisión se hace por insectos o nematodos. 36

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Los medios para prevenir la infección viral son las vacunas que causan inmunidad, evitar el contacto con personas infectadas, esterilización de objetos, uso de jeringas desechables. Importancia biológica de los virus Los virus sirven para adelantar investigaciones biológicas relacionadas con su mecanismo de replicación y así poder encontrar mecanismos para controlar su multiplicación. Algunos virus atacan bacterias e insectos perjudiciales ayudando a mantener el equilibrio ecológico. Los virus permiten la elaboración de vacunas, fueron de los primeros modelos para estudio del funcionamiento del genoma, los biólogos utilizan los virus para estudiar el mecanismo de control de la información genética y extrapolarlo a organismos más complejos. Los virus sirven como mediadores en el intercambio genético entre individuos de una misma o diferentes especies proporcionando variabilidad de los organismos y por ende disminuyen la susceptibilidad a ser infectados. Por ejemplo, las bacterias que han sido infectadas por virus -bacteriófagos- pueden realizar funciones que en otras condiciones no podría realizar. Algunos virus se utilizan en medicina para introducir información a células animales que presenten defectos genéticos o adquiridos y así lograr que funcionen normalmente. Se usan en la identificación de bacterias peligrosas en alimentos o superficies, lo que facilita su rápida detección y la instauración de medidas preventivas. Otras formas acelulares Viroides: Son moléculas de ARN circular que carecen de cubierta viral o cápsida, son de tamaño menor que los virus. Su ARN está formado por muy pocas bases: 246-399 con un alto contenido en estructura secundaria que guarda la información para su propia síntesis en un hospedador adecuado al que causa, frecuentemente, una alteración patológica. Se encuentran en células vegetales donde causan enfermedades. Debido a que los viroides no codifican para ninguna proteína deben necesariamente reclutar proteínas y vías metabólicas de la célula hospedera para completar su ciclo infeccioso. Se les considera como la etapa primitiva de los virus. Algunos producen enfermedades en plantas como las papas, el pepino, el tomate, la naranja, la vid, el coco entre otros, causando importantes pérdidas económicas.

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Se describieron por primera vez hace 30 años y, aunque no está completamente descartado, se piensa que no afectan a los animales. “El primero que se identificó fue el de la papa, y ahora la lista es de 28 especies de viroides”, dice Ricardo Flores del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas de la Universidad de Valencia. Algunos de ellos, como el tiroidea que afecta a los naranjos, hacen que la planta sea mucho más pequeña que un naranjo normal, pero las naranjas siguen siendo del mismo tamaño, por lo que podrían permitir plantar el doble de naranjos por hectárea. Priones: Son proteínas que se multiplican en la célula hospedadora donde generan graves alteraciones. Todas las enfermedades ocasionadas por priones son neurológicas, por ejemplo el síndrome de las vacas locas. Los priones son agentes patógenos formados por una proteína (proteína del prión o PPr). Los priones, o las enfermedades producidas por priones, por un lado se transmiten verticalmente, como cualquier enfermedad hereditaria típica, mientras que por otro lado se comportan de manera infectiva, transmitiéndose horizontalmente, mediante contagios que pueden darse entre individuos de distintas especies. La proteína del prión (PrP) normal, tiene una secuencia de aminoácidos, (estructura primaria) idéntica a la proteína del prión patógena. La diferencia entre las dos recae en las estructuras secundaria y terciaria. La proteína normal es muy rica en hélices alfa, la proteína patógena lo es en láminas beta. Figura 6. Esquemas representativos de los Priones

Fuente: http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/Dibulgeneral/LosPriones/LosPriones.htm

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Poder infectivo de los priones El cambio de configuración de la proteína del prión es crucial, ya que las proteínas con láminas beta son muy resistentes a las enzimas proteolíticas, al calor y no se disuelven en agua. Pero sobre todo, la proteína alterada tiene una característica única: interacciona con una molécula de proteína normal, le cambia la conformación y la hace capaz de convertir las estructuras de más proteínas normales. Ahí radica al parecer, el poder infectivo de los priones. Figura 7. Esquema del poder infectivo de los priones

Fuente: http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/Dibulgeneral/LosPriones/LosPriones.htm Puede ocurrir que la proteína patógena infecte individuos que producen proteína normal (a), como ha ocurrido por ejemplo al consumir las vacas piensos elaborados a partir de ovejas enfermas. En este caso la proteína patógena origina un cambio conformacional de la proteína normal (b), transformando las hélices alfa de su estructura proteica en láminas beta. Las nuevas proteínas patógenas inducen el cambio en otras normales, lo cual produce un efecto de "cascada". Transferencia Los priones son: A. Un tipo de virus B. Una secuencia de ADN extracelular que ataca a una célula C. Una secuencia de ARN anómalo D. Una proteína anómala que induce un cambio en otra proteína

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Para saber más: Profundización sobre virología Biología de los virus, contiene información acerca de cómo están conformados los virus, tipos, estructura, formas de reproducción y enfermedades virales más relevantes. El portal de la virología, con información actualizada sobre temas de interés como la gripa AH1N1, gripe aviar, herpes, sida, entre otros. El gran libro de los virus, excelente recurso con imágenes de todo tipo de virus, en inglés

1.2.2. Lección 7: Microorganismos celulares procariotas: Las arqueobacterias

Las bacterias pertenecen al reino Procariota, estas aportan un gran potencial para su utilización por parte del hombre, especialmente algunas del grupo de las cianobacterias. En otros casos como el grupo de los micoplasmas se destaca su gran incidencia en la generación de enfermedades. Carl Woese mediante la secuenciación de la molécula de ARNr, comprobó que los procariotas pertenecientes al reino Mónera se dividían en 2 grupos o dominios: al primero de ellos lo llamó Eubacteria o bacterias verdaderas, al segundo grupo lo llamó Arqueobacteria.

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Figura 8. Arqueas

Las arqueobacterias incluye las bacteriasque pueden crecer en condiciones extremas como los hielos antárticos -psicrófilas-, o en fuentes termales (a veces a temperaturas superiores a las de la ebullición del agua), como las que habitan en las aguas hirvientes del parque de Yellowstone o dentro de volcanes, son las arqueas llamadas termófilas extremas, otras habitan en medios anaerobios, con pH muy ácido-acidofilas-, o en suelos y aguas altamente alcalinas son las llamadas alcalofilas, algunas arqueas son productoras de gas metano -metanógenas-, otras se desarrollan en medios salinos, o sea, las halobacterias o halófitas. Algunas arqueas son habitantes normales del intestino del hombre y animales. Forma y Estructura de las Arqueobacterias Presentan formas similares a la de las bacterias verdaderas: esféricas, individuales o en grupo, bacilares, filamentosas, lobuladas. Estructura Pared Celular Formada por lípidos, proteína o glicoproteína a diferencia de la pared celular de peptidoglucano de las eubacterias. La pared presenta simetría hexagonal y adquiere diferentes morfologías como respuesta a los diferentes ambientes en los cuales se desarrolla.

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Membrana Plasmática Carece de ácidos grasos, en su lugar tiene cadenas laterales compuestas de unidades repetitivas de isopreno unidas por enlaces éter al glicerol que constituyen el gliceroldiéter, cuando se distribuyen a manera de bicapa y el gliceroltetraéter cuando es a manera de monocapa, este último arreglo es muy estable a temperaturas altas por lo tanto, no es una sorpresa que se encuentre principalmente en las arqueas termoacidófilas. ARN El ARN y enzimas de arqueobacterias son diferentes a los de las bacterias verdaderas. Metabolismo Muchas especies de Arqueobacterias definen actualmente los límites más extremos de la tolerancia biológica a factores fisicoquímicos. Algunas Arqueobacterias muestran también propiedades bioquímicas poco comunes, como los metanógenos, que son procariotas que producen metano (gas natural) como parte esencial de su metabolismo energético. Las arqueas absorben CO2, N2 o H2S y eliminan CH4. Las arqueobacterias presentan además mecanismos de defensa contra las condiciones extremas que podrían afectarlas. Por ejemplo ellas fabrican una variedad de moléculas y enzimas protectoras. Las arqueas que viven en medio ambiente altamente ácidos, poseen en su superficie celular unas moléculas cuya función es ponerse en contacto con el ácido para evitar que penetre en la célula y así evitar que el ADN se destruya. Las arqueas halófilas toman del exterior sustancias como el cloruro de potasio para equilibrar el interior de la célula y evitar que el agua salada penetre y destruya la célula. Se pueden encontrar en algunos tipos de alimentos en los que se han utilizado altas concentraciones de sal (salmueras) para su preservación como es el caso de pescados y carnes, en donde se reconoce su presencia porque forman manchas rojas. Las arqueas obtiene energía a partir de compuestos como hidrógeno, dióxido de carbono y azufre. Algunas lo hacen a partir de la energía solar a través de la bacteriorodopsina, un pigmento que reacciona con la luz y permite que la arqueobacteria fabrique el ATP.

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Transferencia Las arqueobacterias son uno de los grupos de organismos más antiguos que se encuentran en el planeta tierra, son procariotas, viven en ambientes de condiciones extremas, lo cual no es sorprendente teniendo en cuenta el hecho que son uno de los primeros organismos que aparecieron sobre la tierra en el momento que el planeta estaba lleno con gases tóxicos y poseía elevadas temperaturas, Las arqueobacterias se clasifican en 3 phyla: metanógenos, halófilos y termoacidófilos. Las eubacterias, son las bacterias comunes, a las que nos referimos cuando estamos hablando en general sobre las bacterias, también son procariotas y viven en ambientes que se pueden considerar de condiciones neutras, se encuentran prácticamente en todos los ambientes que nos rodean. Según la lectura anterior, en el Mar Muerto, en la Catedral de Sal de Zipaquirá, en las minas de sal en Manaure y en el Gran Lago salado de Utah, el tipo de bacterias que esperaríamos encontrar es del tipo: A. B. C. D.

Eubactearias Alcalófilas Arqueobacterias Xerófilas Eubacterias Osmófilas Arqueobacterias Halófilas

1.2.3. Lección 8: Microorganismos celulares procariotas: Las Eubacterias

A las eubacterias también se les conoce como “bacterias verdaderas”, son microorganismos procariotas, unicelulares de organización muy sencilla, su tamaño varía entre 1 y 10 micrómetros. (1 micrómetro equivale a 1/1000mm).

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Figura 9. Esquemas representativos de diferentes tipos de bacterias

Dentro de Eubacteria se presentan varias ramas evolutivas, que incluyen a todos los procariotas causantes de enfermedades (patógenas) y a la mayor parte de las bacterias que se encuentran normalmente en el aire, suelo, aguas, tracto digestivo de animales y hombre. Comprende:   

Las bacterias verdaderas o eubacterias Los micoplasmas Las cianobacterias.

Estructura y función de las Eubacterias           

A excepción de los micoplasmas todas poseen pared celular de peptidoglucano. Carecen de membrana que rodee el material genético el cual se halla más o menos disperso en el citoplasma. Presentan ADN de cadena doble circular cerrado. No poseen histonas en el ADN. Poseen un solo cromosoma. Su citoplasma no posee estructuras membranosas. Presentan mesosomas. Los ribosomas son de menor tamaño. No poseen citoesqueleto. No poseen organelos como mitocondrias, cloroplastos, retículo endoplasmático, Aparato de Golgi, lisosomas. Su reproducción es asexual por gemación, conjugación o bipartición, no presentan mitosis, ni meiosis. La movilidad no es universal, pero muchas bacterias se mueven en medios acuáticos debido a unas estructuras llamadas flagelos, que nada tienen que ver con los flagelos eucarióticos.

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Grupo 1. Cianobacterias Figura 10. Imágenes de la Spirulina máxima e Horminios en Spirulina

Adaptado de: http://www.biologie.uni-hamburg.de/bonline/ibc99/botanica/botanica/cyanophy.htm Las cianobacterias, antiguamente conocidas como algas verdeazules, por su color verdeazulado (a veces rojizo, pardo o negro), son bacterias que han estado viviendo sobre nuestro planeta por más de 3 mil millones de años. Se caracterizan por que son procariotas (sin núcleo verdadero), autótrofos, unicelulares, con tamaños entre 1 µm hasta varios micrómetros. Las cianobacterias crecen en ambientes lénticos (lagos y lagunas), suelos húmedos, troncos muertos, cortezas de árboles, algunas en aguas salobres y otras en aguas termales. Hace miles de millones de años las había en tan gran número, que eran capaces de añadir, a través de la fotosíntesis, suficiente oxígeno a la primitiva atmósfera de la Tierra, como para que los animales que necesitaban oxígeno pudieran sobrevivir. Estructura Celular de Cianobacterias Presentan diversidad de formas: Unicelulares (como Gloeocapsa), pluricelulares filamentosas como Spirulina, filamentosas ramificadas (como Stigonema), no ramificadas (como Oscillatoria), con heterocistes (células vegetativas diferenciadas que se encuentran regularmente a lo largo de un filamento o en un extremo del mismo. Su pared celular es semejante a la pared celular de las bacterias gram negativas, no contiene celulosa pero es muy resistente debido a la presencia de polisacáridos unidos a polipéptidos. Además secretan una sustancia mucilaginosa que les confiere la defensa contra predadores ya que puede ser tóxica. Por otra parte une grupos de células formando filamentos (cianobacterias filamentosas). Algunas especies forman células especiales con pared exterior engrosada (acinetos) que les permite permanecer latentes cuando las condiciones ambientales son desfavorables (sequía, oscuridad, congelación). 45

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Estos acinetos se rompen durante la germinación para dar paso a la formación de nuevos filamentos vegetativos La membrana plasmática puede presentar invaginaciones o mesosomas parecidos a los de las bacterias gram positivas, la membrana celular contiene ácidos grasos con dos o más enlaces dobles en la cadena hidrocarbonada a diferencia de los demás procariotes que poseen ácidos grasos saturados. Protoplasma (citoplasma), separado en cromoplasma (periférico y pigmentado) y centroplasma (central, granuloso e incoloro). Nucleoplasma contiene el ADN puede aparecer en forma de pequeños gránulos, pueden aparecer granos de volutina, cianoficina y ribosomas. Los pigmentos que se encuentran en el citoplasma son: clorofila a, c, carotenoides, ficoxantina, ficocianina C, de color azul, ficocianobilina, ficoeritrina C, de color rojo, ficoeritrobilina entre otros. Reproducción Asexual, por bipartición, o por fragmentación de filamentos dando origen a hormogonios que se separan de los filamentos originales y se mueven deslizándose. Algunas experiencias parecen confirmar que existen fenómenos que implican la recombinación de material genético, al igual que en las bacterias. Nutrición Las cianobacterias son capaces de realizar fotosíntesis. Algunas contienen pigmentos que les permiten usar la luz como fuente de energía mediante un proceso llamado fotosíntesis, otras dependen de compuestos orgánicos como fuente de energía, y algunas pueden usar incluso compuestos químicos inorgánicos como combustible para realizar los procesos celulares. Movilidad Los géneros Oscillatoria, Spirulina y Rivularia presentan movimiento. Las especies planctónicas, se caracterizan por poseer vesículas de gas en su citoplasma que son las encargadas de mantener el organismo en flotación para ubicarse en la zona de máxima iluminación. Algunas han adquirido estructuras especiales, como esporas, para mejorar la supervivencia. Tanto los ambientes aerobios (que contiene O 2) como los anóxicos o anaerobios pueden ser habitados por distintas especies de cianobacterias.

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Importancia biológica de las cianobacterias4 Las cianobacterias son organismos antiguos que se caracterizan por conjugar el proceso de la fotosíntesis oxígenica con una estructura celular típicamente bacteriana. Al ser responsables de la primera acumulación de oxígeno en la atmósfera, las cianobacterias han tenido una enorme relevancia en la evolución de nuestro planeta y de la vida en él. En la actualidad presentan una amplia distribución ecológica, encontrándose en ambientes muy variados, tanto terrestres como marítimos, e incluso en los más extremos, siendo la fotoautotrofia (Fotosíntesis), su principal forma de vida, y contribuyendo de manera importante a la productividad primaria global de la Tierra. Muchas cianobacterias son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico, siendo, a su vez, capaces de hacerlo en condiciones de aerobiosis (de hecho, ciertas cianobacterias representan los mayores fijadores en amplias zonas oceánicas contribuyendo de forma importante a la cantidad total de nitrógeno fijado en vida libre). La existencia conjunta de la fotosíntesis y de la fijación de nitrógeno ha requerido el diseño de estrategias que hagan posible el funcionamiento de ambos procesos antagónicos desde el punto de vista de sus requerimientos ambientales. Entre tales estrategias la separación en el tiempo o en el espacio de ambas funciones permite el desarrollo normal de la célula en condiciones de bajos niveles de nitrógeno combinado. En este sentido, merece particular mención la capacidad de algunas especies filamentosas de desarrollar unas células llamadas heterocistos, enormemente especializadas en la fijación del nitrógeno en ambientes aeróbicos. Heterocistos en cianobacterias Los heterocistos son células especializadas, distribuidas a lo largo o al final del filamento (cianobacterias multicelulares filamentosas), los cuales tienen conexiones intercelulares con las células vegetativas adyacentes, de tal manera que existe un continuo movimiento de los productos de la fijación de nitrógeno desde los heterocistos hacia las células vegetativas y de los productos fotosintéticos desde las células vegetativas hacia los heterocistos (Todar, 2004). Las bases moleculares del proceso de diferenciación de los heterocistos y el establecimiento del patrón de distribución de los mismos en el filamento cianobacteriano constituyen uno de los campos más activos en el estudio actual de las cianobacterias y, asimismo, representa un modelo simple de establecimiento de patrones espaciales de 4

Tomado de http://www.eez.csic.es/~olivares/ciencia/fijacion/cianobacterias.htm

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diferenciación cuyo estudio puede abordarse con la gran variedad de herramientas desarrolladas para el análisis genético-molecular de las cianobacterias, que incluyen la construcción de especies y la disponibilidad de la secuencia completa de los genomas de varias de ellas. Muchas cianobacterias, por ejemplo, Anabaena azollae juegan un papel importante en el desarrollo de cultivos como el arroz. Anabaena azollae, en simbiosis con helechos, proporciona hasta 50 Kg. de nitrógeno/ha siendo la utilización de este sistema fijador general en muchas regiones del sudeste asiático. Grupo 2. Los Micoplasmas5 Figura 11. Imagen de Micoplama

Fuente: http://www.marcobueno.net/ Son bacterias de gran interés evolutivo debido a la sencillez de su estructura celular y a su tamaño que oscila entre 0,2 y 2 µm. Poseen diversas formas debido a la carencia de una estructura rígida, lo que también ha generado inconvenientes al momento de medir su diámetro regular. Se pueden encontrar en un mismo cultivo formas cocoides (0.2 - 0.3 µm), espiraladas, filamentosas con frecuencia ramificadas, "hinchadas", etc. Están delimitadas solamente por una membrana celular flexible resistente a la lisis osmótica. Carecen de pared celular y gracias a ello pueden pasar fácilmente por filtros bacteriológicos. El nombre micoplasma se deriva de la propiedad de producir formas filamentosas, con aspecto de hongo.Poseen menos de la mitad del ADN que la mayoría de los otros procariotes y esta cantidad tan pequeña es suficiente para codificar todas las propiedades esenciales de una célula.

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Adapatado de: http://encuentro.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/2000024/lecciones/cap01/01_03_07.htm

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Los micoplasmas son aerobios o anaerobios. Algunas especies se encuentran en el suelo, otras en aguas residuales y otras más viven sobre las membranas mucosas de los cuerpos de los animales o en las plantas, pero por lo general no son patógenas. Enfermedades causadas por micoplasmas Dentro de las enfermedades causadas por micoplasmas se incluyen las infecciones del tracto urinario y algunas formas de neumonía. Como presentan resistencia natural a la penicilina y a la cicloserina, se deben tratar con antibióticos que no actúen sobre la síntesis de la pared celular, sino que inhiban la síntesis de proteínas como por ejemplo con tetraciclina. En los vegetales la especie Spiroplasma citri causa la enfermedad conocida como "tristeza del naranjo" y en las plantas de maíz el "raquitismo del maíz". En los animales otras especies de Spiroplasma son responsables de enfermedades como la espiroplasmosis de la abeja melífera y las cataratas del ratón lactante. En medios protegidos osmóticamente como son los organismos de los hospedadores (en los cuales hay cierta estabilidad o equilibrio), los micoplasmas suelen sobrevivir pues no existe para ellos la posibilidad de enfrentarse a lisis osmótica como sucedería con alguna otra célula carente de pared celular. Aunque no se tiñen con la coloración de Gram, se clasifican como miembros de las bacterias Gram positivas, ya que genéticamente se relacionan con las bacterias del tipo clostridios. Metabolismode los micoplasmas Con respecto a su metabolismo, los micoplasmas usan como fuente de energía principalmente los carbohidratos y requieren factores de crecimiento como las vitaminas, los aminoácidos y las bases nitrogenadas. Algunas especies son oxidativas y producen ATP por fosforilación a través de la cadena de transporte de electrones. Otras especies son fermentativas y utilizan azúcar para obtener ácido láctico. Para su reproducción recurren al mecanismo de división por gemación, así las células permanecen unidas entre sí por medio de hifas.

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Figura 12. Imagen de un micoplasma

Fuente: http://www.meteored.com/RAM/numero31/nano.asp

Algunos micoplasmas tienen tamaños que oscilan entre 0.2 a 0.3 micrómetros (µm) de diámetro Escherichia coli habitante natural en el intestino humano mide aproximadamente 0.5 µm de ancho por 2 µm de largo. Grupo 3. Las Bacterias verdaderas El tamaño microscópico de las bacterias está determinado genéticamente, y depende de la cepa, de las condiciones ambientales (nutrientes, sales, temperatura, tensión superficial). La unidad de medida bacteriana es el micrómetro (µm), que equivale a 1/1000 milímetros (10-3 mm = 1 micrómetro). Para darse una idea de su tamaño se calcula que en un centímetro cúbico cabe alrededor de un millón de billones de bacilos de tamaño medio. El rango en el tamaño de las bacterias es muy variado, existen bacterias como las nanobacterias de aproximadamente un 0.05 mm, o bacterias de un tamaño mayor como Epulopiscium, un comensal del intestino del pez cirujano que mide 0.5 mm. Forma y Composición de las bacterias6 Las bacterias difieren en la forma, las hay esféricas u ovales llamadas cocos, alargadas cilíndricas en forma de bastón se les denomina bacilos, en forma de espiral o helicoidal, los espirilos, en forma de coma las llamadas vibrios y algunas en forma cuadrada con lados y esquinas en ángulo recto. La forma de la bacteria puede ser modificada por las condiciones ambientales.

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Adaptado de: http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/01historia.htm

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Figura 13. Representación esquemática de una bacteria

Las bacterias están constituidas por un 70% de agua y un 30% de materia seca, de esta materia seca el 70% corresponde a proteínas, el 3% a ADN, el 12% a ARN, el 5% a azucares, el 6% lípidos y el 4% a minerales. La estructura celular se divide en dos grupos: la estructura externa que no se encuentra en todas las células y participa en funciones especializadas; y la estructura interna que se encuentra en todas las células procariotas y es probablemente esencial para su supervivencia. Dentro de las estructuras externas se encuentran: la pared celular, los flagelos, las esporas, las fimbrias o pelos y la cápsula. Estas estructuras no siempre se encuentran en todas las bacterias, razón por la cual se estima que no son esenciales.

* Pared celular Es una estructura rígida, se encuentra rodeando la membrana citoplasmática de casi todas las bacterias, posee una gran rigidez lo cual le confiere gran resistencia. Se considera esencial para el desarrollo y división bacteriana; cumple con dos funciones importantes: mantener la forma de la célula y evitar que la célula colapse debido a las diferencias de presión osmótica por el constante intercambio de fluidos. El grosor de la pared oscila entre de 10 y 80 nanómetros. La pared celular constituye una porción apreciable del peso seco total de la célula; dependiendo de la especie y de las condiciones de cultivo puede representar del 10 al 40 % del peso seco del organismo. En las Eubacterias la pared celular contiene peptidoglucano, compuesto que no se encuentra en las células eucariotas. En las bacterias Gram positivas se halla inmerso en una matriz aniónica de polímeros azucarados, ácido diaminopimélico y ácido teicoico, 51

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mientras que en las bacterias Gram negativas está rodeada por una membrana externa, e inmersa en un espacio periplásmico. El prefijo Gram proviene de la técnica de coloración que se utiliza para la diferenciación primaria del tipo de bacteria. Identificación de Bacterias por composición de la pared celular que reacciona a la tinción de Gram Un método de identificación de las bacterias es la Tinción diferencial de Gram que permite identificar la morfología de la célula bacteriana en cocos y bacilos gram positivos y gram negativos según la estructura de su pared celular. Se puede discriminar entre dos grandes grupos de bacterias: Gram positivas (se tiñen de color violeta) y Gram negativas (se tiñen de color rosado) debido a las diferencias en la composición de su pared celular. Como se mencionó anteriormente la pared celular está formada por peptidoglucano, la diferencia consiste en que la pared de las bacterias gram positivas es gruesa y está formada por varias capas de peptidoglucano aproximadamente 80%-90% y algo de ácido teicoico, mientras que la pared de las bacterias gram negativas está formada por una sola capa delgada de peptidoglucano aproximadamente hasta un 20% la cual está rodeada por una membrana exterior compuesta de fosfolípidos, lipopolisacáridos, y lipoproteínas. * Membrana plasmática la cual presenta invaginaciones, que son los mesosomas que contienen enzimas que participan en la duplicación del ADN, en la membrana plasmática se localizan también enzimas que intervienen en la producción de energía (ATP), función que en la célula eucariótica cumple la mitocondria. * Flagelos presentes en la mayoría de bacterias, generalmente son rígidos, implantados en la membrana celular mediante un corpúsculo basal. Permiten a la mayoría de bacterias la movilidad en medios líquidos, una excepción son las bacterias deslizantes que se mueven por flexión de la pared celular. La movilidad, o sea, el movimiento de traslación de un punto a otro en forma rápida y de zig zag permite alas bacterias responder a estímulos, por ejemplo, químicos (quimiotactismo positivo), cuando las bacterias son atraídas a determinados compuestos como la glucosa, la galactosa o por el contrario son repelidas de algunos compuestos como los antibióticos, (quimiotactismo negativo), luminosos (fototactismo positivo) en las bacterias fotosintéticas La movilidad debe distinguirse del movimiento pasivo de las bacterias en una sola dirección como consecuencia de las corrientes en la preparación, o del movimiento Browniano que es la constante vibración de las bacterias en un punto fijo comportamiento que se presenta por estar suspendidas en medio líquido y por su pequeño tamaño.

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*Fimbrias muy numerosas y cortas, no tienen función de motilidad, se encuentran relacionadas con diversas funciones como la de adherencia a las superficies de tejidos, sitios de adsorción para virus bacterianos y además pueden servir como pelos sexuales para el paso de ADN de una célula a otra. *Cápsula es una estructura de material viscoso que rodea la pared celular de muchas bacterias que se encuentran en su ambiente natural. No cumple ninguna función metabólica pero sirve a las bacterias para adherirse a sus sustratos, o para la formación de colonias mediante la adhesión de bacterias hermanas. Cuando una bacteria encapsulada invade a un huésped, la cápsula evita que los mecanismos de defensa del huésped destruyan la bacteria. Estructuras internas * El Citoplasma Se encuentra delimitado por la membrana celular, presenta un aspecto viscoso constituido por agua y sustancias como iones, proteínas, enzimas, lípidos, carbohidratos disueltas en agua , en él se encuentran: materiales de reserva , ARN , ribosomas, un nucleoide ubicado en su zona central donde se encuentra la mayor parte del ADN bacteriano en algunas bacterias se encuentran dispersos por el citoplasma fragmentos circulares de ADN con información genética llamados plásmidos y pigmentos fotosintéticos en el caso de bacterias fotosintéticas. En el citoplasma se realizan los procesos metabólicos de la célula bacteriana. *Los ribosomas son organelos con apariencia de gránulos, algunos se hallan dispersos en el citoplasma bacteriano y otros se agrupan en cadena y se les denomina polirribosomas; están compuestos por ácido ribonucleico - ARN (60%) y proteína (40%). Su función es la síntesis de proteína. *La región nuclear está localizada centralmente en la célula, se compone principalmente de ADN aunque también puede encontrarse ARN y proteínas asociadas a éste. El ADN está dispuesto en un cromosoma largo y circular, algunas veces llamado nucleoide, genóforo o cuerpo cromatínico. *Los mesosomas son repliegues y extensiones de la membrana citoplasmática, intervienen en procesos metabólicos y de reproducción de la célula bacteriana. *Los cuerpos de inclusión o gránulos son materiales de reserva como lípidos, hierro, azufre que se almacenan en el citoplasma, en los períodos de suficiente aporte nutricional para ser utilizados en épocas de inanición. * Los plásmidos son pequeñas moléculas circulares de ADN extracromosómico, se encuentran en la región nuclear de algunas bacterias. Las moléculas de ADN plásmico a

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pesar de encontrarse fuera del cromosoma, toman una conformación de doble hélice al igual que el ADN de los cromosomas. Los plásmidos se replican de manera independiente al cromosoma y contienen información genética para la bacteria complementaria a la contenida en el nucleoide y que le es útil para su supervivencia en condiciones desfavorables. Por ejemplo, el código que hace resistentes a las bacterias a los antibióticos, la capacidad de apareamiento, la resistencia y la tolerancia a los materiales tóxicos. Los plásmidos son muy utilizados en ingeniería genética ya que por su tamaño resulta fácil manipularlos; se pueden aislar, introducir en ellos información e introducirlos en otras células bacterianas viables en las cuales se expresa la información que ellos portan. *Las vesículas se encuentran en ciertas bacterias que habitan en lagos les sirven para flotar, contrarrestando la atracción gravitatoria, y así lograr el óptimo de luz * Endosporas Son estructuras generalmente de forma esférica que se forman en ciertas bacterias Gram positivas como respuesta a condiciones ambientales adversas (poca humedad, temperaturas extremas, agentes químicos y físicos etc.). Cuando las condiciones ambientales vuelven a ser favorables la endospora se transforma de nuevo a la forma vegetativa. Ciertas formas filamentosas pueden producir la endospora en el extremo del filamento y aparecen de manera libre, en otras bacterias como Clostridium se pueden observar en el interior de las bacterias a las que deforman de una manera característica, lo que sirve para su identificación Reproducciónde bacterias Generalmente las bacterias se reproducen asexualmente por fisión binaria o bipartición, unas pocas por gemación, algunas especies de bacterias filamentosas se reproducen por esporas que se forman en los extremos de los filamentos. Durante la bipartición la célula bacteriana origina dos células iguales o clones. El resultado de la fisión binaria son dos células hijas por cada célula madre, así, una célula se divide en dos, dos en cuatro y cuatro en ocho y así sucesivamente. La síntesis de la pared, el crecimiento bacteriano y la duplicación del ADN regulan la división celular. Este mecanismo de división celular es más rápido y menos organizado que la mitosis y la meiosis. El proceso de bipartición se inicia con el alargamiento de la célula bacteriana y la duplicación del ADN, luego en el centro de la bacteria, la pared celular y la membrana plasmática se invaginan con la consecuente formación de un tabique transversal o mesosoma que divide la célula bacteriana en dos y separa las dos regiones de ADN cromosómico. La separación de las dos células va acompañada de la segregación en 54

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cada una de ellas de uno de los dos genomas que proviene de la duplicación del ADN materno.

El proceso de división ocurre en tres fases principales: 1. 2. 3.

Elongación o alargamiento de la célula y duplicación del material genético o ADN, Separación de ADN dentro de las células hijas formadas Citocinesis o separación celular.

Figura 14. Representación reproducción de una bacteria

Fuente: Carmen Eugenia Piña López

Para saber más: Profundización sobre la membrana plasmática Profundización sobre flagelos - Profundización sobre cápsula Profundización sobre composición de la pared celular.

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Clasificación de las Bacterias * Por su forma y agrupación Los modelos de agrupamiento celular de las bacterias son característicos de especies definidas y se utiliza como uno de los criterios de clasificación. Cuando las células microbianas como los cocos se dividen, pueden permanecer unidas unas con otras, formando arreglos característicos. Los bacilos se dividen únicamente en un plano pero en algunas ocasiones pueden encontrarse células unidas por los extremos o por los lados debido a la etapa del desarrollo en que se encuentren o a las condiciones del cultivo. Las bacterias en espiral generalmente no se agrupan, crecen individuales y aisladas.

Figura 15. Clasificación Morfológica de las bacterias .............

Tomado de: http://1.bp.blogspot.com/_npnf5tssUy8/TAAxOcBBbII/AAAAAAAAAAM/8b497qtgNhE/s160 0/Faecimg_monera5.gif

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* Por su requerimiento de oxígeno Otro aspecto a tener en cuenta en la clasificación de bacterias es la necesidad de oxígeno para poder vivir. Dependen en buena medida de la disponibilidad de las enzimas eliminadoras de peróxidos y superóxidos. Aerobias estrictas: Dependen de O2 para su crecimiento. Anaerobias estrictas: se desarrollan en ausencia total de O2, utilizan aceptores finales distintos del oxígeno: CO2, H2 y N2, o poseen metabolismo estrictamente fermentativo. Anaerobias Facultativas: pueden desarrollarse en presencia o ausencia de O2, aunque predominan en medios anaeróbicos. Microaerófilas: sólo se pueden desarrollar en presencia de bajas tensiones de O 2 (menor del 12% en lugar del 20% que es la atmosférica) y altas tensiones de CO 2. * Por su óptimo de temperatura Según la temperatura óptima de crecimiento las bacterias se clasifican en: Termófilas: se desarrollan entre 25 y 80°C, óptima 50 y60°C Mesófilas: se desarrollan entre 10 y 45°C, óptima 20 y 40°C Psicrófilas: se desarrollan entre -5y 30°C, óptima 10 y 20°C. * Según el pH en que se desarrollan Las bacterias se clasifican en: Acidófilas: Se desarrollan a pH entre 1.0 y 5.0 Neutrófilas: Se desarrollan a pH entre 5.5 y 8.5 Alcalófilas: Se desarrollan pH entre 9.0 y 10.0 * Por su forma de nutrición Según su metabolismo interno, las bacterias presentan requerimientos nutricionales diversos y se clasifican en: Autótrofas quimiosintéticas o fotosintéticas, Las autótrofas fotosintéticas utilizan la luz del sol y el bióxido de carbono para fabricar su alimento. Las autótrofas quimiosintéticas utilizan compuestos inorgánicos, por ejemplo, el azufre para fabricar su alimento y su fuente de energía es el CO2 Heterótrofas (por absorción) pueden utilizar fuente de carbono orgánico para su alimentación

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Las bacterias pueden vivir como parásitos afectando los organismos donde habitan, como simbiontes formando parte de la flora bacteriana normal de la piel, cavidades y tracto digestivo del hombre y de los animales y saprofitas la gran mayoría, ayudando a la descomposición de la materia orgánica muerta. Utilidad de las bacterias Las bacterias son útiles:            

  

Para fijar el nitrógeno atmosférico que es tomado por las plantas y luego trasferido a los animales. En la descomposición la materia orgánica muerta ayudando de esta manera a la fertilización del suelo. En la producción de algunos antibióticos. En la producción de determinadas enzimas. En la elaboración de productos lácteos como: queso, yogur , mantequilla En la producción de vinagre. En la producción de encurtidos. En la depuración de aguas residuales. En el curtido de cueros se utilizan enzimas producidas por bacterias. La Escherichia coli ha sido manipulada genéticamente para producir insulina Las bacterias que consumen gas metano se utilizan para limpiar rellenos sanitarios, estas bacterias producen una enzima que descompone los contaminantes Para consumir vertidos de petróleo y otras sustancias tóxicas, tanto en el sitio del vertido como después de que los materiales tóxicos hayan sido difundido por los suelos o alcanzado las aguas subterráneas. En la biorremediación de hidrocarburos en el. agua y en el suelo. Las enzimas producidas por determinadas bacterias se emplean en la producción de salsa de soya, vino, papel. detergentes. Mediante manipulación genética de bacterias, a las que se les insertan los genes productores de determinado fármaco se producen fármacos como la insulina. Estas bacterias útiles se cultivan en grandes cantidades en contenedores llamados fermentadores.

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Enfermedades de origen bacteriano Las bacterias pueden ocasionar enfermedades, entre las bacterias más perjudiciales tenemos:  La causante del tétano en caso de heridas contaminadas con Clostridium tetani, bacteria que afecta el sistema nervioso causando rigidez muscular y la muerte  La gangrena gaseosa o putrefacción de tejidos y órganos, especialmente de las extremidades del hombre y de los animales siendo necesaria su amputación. La bacteria contaminante es un Clostridium que penetra en heridas o puede ser trasmitida por la ingestión de aguas contaminadas.  El bacilo de Koch o Mycobacterium tuberculosis que causa la tuberculosis cuando la persona enferma tose y en su esputo se libera el bacilo.  El bacilo Salmonella typhi causante del tifo a través de alimentos contaminados con excretas.  El bacilo Corynebacterium diphtheriae que produce una infección del sistema respiratorio, la difteria, que además lesiona el corazón y el sistema nervioso ocasionando la muerte.  La espiroqueta Treponema pallidum. que produce una enfermedad de trasmisión sexual denominada sífilis.  La Brucella, bacteria que causa la brucelosis por contacto con ganado infectado, leche o carne contaminada y en la mujer provoca el aborto espontáneo.

Para saber más: Profundización sobre tamaño y formas bacterianas Profundización sobre tinción de Gram y otros tipos de tinción utilizados en microbiología Profundización acerca de bacterias

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Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas. Algunas especies bacterianas de interés industrial, son: 1. Penicillium Candidum, para la fabricación de queso 2. Clostridium acetobutylicum, para procesos de fermentación 3. Asperguillus niger, para procesos de producción de pan 4. Escherichia coli, para la producción de insulina

1.2.4. Lección 9. Microorganismos celulares eucariotas: Protistos

Son organismos microscópicos móviles, incoloros, unicelulares, eucarióticos, poseen núcleo, membrana nuclear, membrana celular, mitocondrias, aparato de Golgi, microtúbulos y otros organelos, carecen de pared celular, algunos tienen vacuolas digestivas y excretoras, flagelos y cilios, pertenecen al reino Protisto. Se encuentran en su mayoría en medios acuáticos, en el suelo húmedo aunque algunos son endoparásitos y otros ectoparásitos. Figura 16. Protozoos

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Los protozoarios parásitos se pueden encontrar en sangre de humanos y animales y en líquidos tisulares de plantas. Algunos necesitan varios hospedadores para completar su ciclo de vida, presentando en cada uno de ellos una morfología, metabolismo y tipo de reproducción diferente. Durante su ciclo de vida pueden existir de dos formas trofozoíto y quiste. En la fase de trofozoito los protozoarios realizan sus funciones de nutrición y crecimiento y es la forma que produce la enfermedad, mientras que la fase de quiste es la forma infectante que fuera del organismo puede resistir condiciones extremas como la desecación, bajas temperaturas, y en medio húmedo logra sobrevivir hasta años.

Figura 17. Esquema de un paramecio

Diseño: Carmen Eugenia Piña López Nutrición La mayoría son heterótrofos, sin embargo algunos son autótrofos. Obtienen alimento por ingestión de otros organismos o partículas orgánicas. La alimentación suele realizarse mediante la captura del alimento (algas, bacterias y otros protozoarios) que penetran en el citoplasma por mecanismos de difusión o de transporte activo, en algunos a través de aberturas de la membrana celular llamadas poros bucales, otros como las amebas rodean el alimento mediante pseudópodos (fagocitosis). Hay además protozoarios que lo absorben a través de su membrana celular, por ejemplo, el paramecio succiona el alimento produciendo un torbellino con los cilios. El alimento es

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digerido en las vacuolas nutritivas localizadas en el citoplasma, luego los residuos son expulsados por las vacuolas fecales. Respiración La respiración la realizan por difusión a través de la membrana celular y por las partículas de agua absorbidas con el alimento. La expulsión del gas carbónico la hacen por las vesículas o vacuolas pulsátiles. Cuando la vacuola pulsátil está llena de agua, se abre y lo libera al exterior Reproducción Se reproducen asexualmente por división binaria, por gemación y por esporulación (fragmentación de la célula madre en esporas) del trofozoito o forma vegetativa del protozoo. Cuando sucede este último caso, pueden permanecer mucho tiempo enquistados en una cápsula. Otro tipo de reproducción asexual es la división múltiple característica de las amebas. En algunos grupos la reproducción asexual alterna con fases de reproducción sexual la cual esta condicionada a cambios desfavorables del medio. La reproducción sexual se inicia con la formación de gametos, macrogametos y microgametos, por diferenciación de las células del trofozoito. Su unión da lugar a la formación del cigoto seguido de meiosis. La fusión celular puede ser total, dando lugar a un cigoto (singamia), como sucede en los esporozoos o parcial, por conjugación, como sucede en algunos ciliados. Durante el apareamiento en la conjugación, el macronúcleo de un protozoario se degenera y el micronúcleo por meiosis da origen a cuatro micronúcleos con reducción de su material genético, uno de estos micronúcleos es transferido de un protozoo al otro para formar el cigoto, los otros tres micronúcleos degeneran. En este proceso se produce intercambio de información genética entre dos individuos. El cigoto por división múltiple da lugar a numerosas células denominadas esporozoitos. Clasificación Según la forma como se desplazan los protozoos se clasifican en: sacordinos, ciliados, flagelados, esporozoos.

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Sacordinos Se desplazan por medio de seudópodos, que son prolongaciones de la célula que les sirven además para capturar el alimento, englobarlo (proceso de fagocitosis) y formar una vacuola digestiva, donde el alimento es digerido por acción de enzimas. La mayoría son parásitos del hombre y habitan en el tracto gastro-intestinal y cavidad oral. Figura 18. Entamoeba histolítica.

Tomado de http://hpd.botanic.hr/ bio/ odgovori/odgovor315.htm Son representantes de este filo: la Entamoeba histolytica o ameba que produce la disentería, por la ingestión de aguas o alimentos contaminados con heces. Esta enfermedad es propia de los países tropicales y produce unas diarreas muy intensas. La E. histolytica puede causar enfermedad invasora intestinal y extraintestinal. Los foraminíferos componentes del plancton (con un caparazón por cuyos orificios salen los pseudópodos) Ciliados: Su forma es ovalada, se desplazan y capturan el alimento por medio de cilios, filamentos cortos, vibrátiles y numerosos que rodean su cuerpo.

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Figura 19. Imagen del parásito Balantidium Colli

Tomado de: http://www.stanford.edu/group/parasites/ParaSites2003/Balantidium/The_Parasite.htm

Poseen una hendidura bucal o boca en el citoplasma para la ingestión de alimentos al final se presenta el citostoma y la citofaringe que se continúan, en el interior del citoplasma, con las vesículas alimenticias. El citoplasma realiza movimiento de ciclosis. Poseen vacuolas contráctiles que ayudan a expulsar el agua y residuos de la digestión a través del poro anal o citopigio. Se caracterizan por ser los únicos organismos con dos núcleos un micronúcleo para la reproducción y un macronúcleo para la alimentación. Se reproducen de dos formas: asexual por bipartición y sexual por conjugación. Ejemplos de este filo son: el Paramecio, la Vorticela, el Balantidium coli este último es un parásito del intestino del hombre cuyo reservorio natural es el cerdo. La infección humana, es causada por la ingestión de quistes eliminados con las heces del cerdo, ocasionando inflamación del intestino o enteritis. Flagelados: Se desplazan por medio de flagelos, filamentos largos y poco numerosos Figura 20. Tripanosomas en sangre.

Tomada de http://www.sciencecases.org/chagas/figure2.jpg

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Muchos son de vida libre y otros son parásitos, como el Tripanososma cruzi que causa la enfermedad de chagas. La forma principal de transmisión es a través de vectores (insectos hematófagos- chinches-) que al picar a un animal o persona infectada se contagian, estos hematófagos infectados después de que pican e ingieren la sangre defecan sobre la persona; las heces del insecto entran en la persona a través de la picadura, de las mucosas o de las cortadas en la piel. El Tripanosoma brucei produce la enfermedad del sueño o tripanomiasis africana. El T. brucei es transportado por la saliva de la mosca tsé-tsé, que contagia al picar a otros seres vivos. Trichomonas vaginalis un parásito de forma ovoide, mide de 10 a 20 micrómetros, posee cuatro flagelos en la parte anterior que junto con su membrana ondulante le permiten su movimiento. Causa la enfermedad de transmisión sexual conocida como tricomoniasis. Leishmania parásito intracelular que causa la enfermedad llamada Kala-azar o fiebre negra. Requiere para completar su ciclo de vida dos huéspedes, un vertebrado y un artrópodo que actúa como vector Figura 21. Imagen de una Giardia lamblia

Tomado de: http://www.inselhunde.de/ giardien.htm La Giardialambliaes un parásito intestinal que ocasiona la giardasis una enfermedad diarreica infecciosa. La infección se produce al consumir alimentos o agua con quistes los cuales son activados por el ácido gástrico, se liberan los trofozoitos que se se fijan a la mucosa del duodeno o del yeyuno proximal donde se reproducen. La formación de los quistes ocurre a nivel del colon de donde pasan a las heces.

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Esporozoos Figura 22. Imagen de los Plasmodium

http://www.cdc.gov/malaria/spotlights/ index_100504.htm Carecen de órganos de locomoción todos son parásitos obligados de células del hombre y de los animales. Presentan una estructura apical adaptada a la penetración intracelular. Se reproducen en dos fases una asexual y otra sexual, dependiendo de la fase pueden estar como: trofozoito, gameto o cigoto. Un representante de este grupo es el Plasmodium que produce la malaria, también llamada paludismo. Hay cuatro especies de Plasmodium que provocan la malaria: P.vivax, P. ovale, P. malariae y P. falciparum, de las cuales sólo la última es realmente una amenaza para la vida. El vector que transmite la malaria es la hembra del mosquito Anopheles. En los glóbulos rojos de la sangre de la persona los Plasmodium se diferencian en gametos que son ingeridos por el mosquito. En el tubo digestivo del mosquito los gametos se reproducen sexualmente dando como resultado los esporozoitos que luego son inoculados por picadura a las personas sanas. Los esporozoitos pasan al torrente sanguíneo hasta que llegan a las células hepáticas. Allí se reproducen asexualmente, luego las células hepàticas se rompen, el plasmodio alcanza de nuevo al torrente sanguíneo para parasitar los hematíes. El Toxoplasma gondii, causante de la toxoplasmosis es otro parásito perteneciente a los esporozoos. Importancia Biológica Los protozoos tienen importancia en las cadenas alimentarias como componentes del plancton. Son considerados como bioindicadores en el proceso de tratamiento de aguas residuales. Se utilizan para detectar vetas petrolíferas. 66

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Debido a su fácil y rápida reproducción en el laboratorio son utilizados en investigaciones sobre nutrición y crecimiento, por ejemplo, El protozoo ciliado Tetrahymena thermophila fue el primer microorganismo eucariota en el que se desarrolló la inducción de cultivos sincrónicos, facilitando el análisis de las diferentes fases del ciclo celular eucariota. Este protozoo también participó en el descubrimiento de los lisosomas y peroxisomas. Un equipo de investigadores argentinos logró convertir el colesterol presente en la leche y el huevo en pro vitamina D., a través de la aplicación directa del protozoo ciliado denominado Tetrahymena. Para saber más: Generalidades de los protozoos

Algas: principales características Figura 23. Imágenes de algas

Eucariotas, autótrofas, pertenecientes al reino Protista. Presentan pared celular, clorofila, algunas poseen otros pigmentos como carotenos, ficoxantina o ficobilinas que pueden enmascarar la clorofila. La mayoría son unicelulares como las algas doradas o diatomeas, otras como las algas verdes y las rojas son multicelulares. Su tamaño varía desde algas microscópicas de 1 micrómetro hasta las que se observan a simple vista como las verdes que crecen en las charcas o las que se encuentran en los acuarios o en el mar. Su reproducción puede asexual por fisión binaria longitudinal y sexual por producción de esporas cuando las condiciones del medio son extremas.

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Pueden vivir solitarias o en colonias. Ejemplo de algas verdes tenemos: la Chlorella, la Dunaliella, el Volvox, y la Spirogyra. Algunas algas unicelulares se desplazan por medio de flagelos, también aparecen flagelos en los individuos que forman colonias. Las algas son frecuentes en hábitats acuáticos constituyéndose en un eslabón importante (fitoplancton), de las cadenas alimentarias de los organismos acuáticos se pueden encontrar también en suelos, muchos géneros de algas tienen representantes que viven en simbiosis con hongos y forman los líquenes. Clasificación Euglenofitas: unicelulares se encuentran en aguas dulces ricas en nutrientes. Carecen de pared celular. Tienen cloroplastos encerrados por una membrana triple. Poseen dos flagelos que les dan movilidad. Se reproducen sexualmente. Su presencia es un indicador de contenido mercurio en el agua. Diatomeas: la pared celular esta cubierta por un exoesqueleto de sílice y pectina lo que las hace muy resistentes. Cuando se acumulan forman la tierra de diatomeas que, además de su interés paleontológico, se usa como abrasivo, en la fabricación de pasta de dientes, como insecticida y como agente filtrante. Dinoflagelados. La mayoría marinas, de color rojo, pueden producir toxinas que en grandes cantidades forman las mareas rojas, que causan intoxicación en humanos y mortandad de peces. Clorofíceas: Son llamadas también algas verdes con abundante clorofila no asociada a otros pigmentos, las unicelulares generalmente son de agua dulce y se reproducen asexualmente por bipartición, mientras que las pluricelulares tienen fase de reproducción asexual y sexual. La mayoría de agua dulce, aunque las hay marinas y de humedad, y a veces asociadas con los hongos en los líquenes (simbiontes). Pueden presentar vida libre o formar colonias. También aparecen los sincitios, que son estructuras polinucleadas, formadas por fusión de varios individuos que comparten el citoplasma celular sin que exista membrana de separación entre ellos. Importancia biológica Representan un importante eslabón en la cadena alimentaria, formando parte del plancton (productores primarios). Son productoras de oxígeno. Útiles en la elaboración de fármacos. Las algas rojas son importantes en la formación de arrecifes de coral pues viven en simbiosis con los corales brindándoles carbonato de calcio y suministrándoles el color rojo brillante.

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Algunos grupos de algas rojas se utilizan en la producción de Agar que es un medio de cultivo microbiológico. Las algas marinas son una importante fuente alimenticia.Se utilizan como indicadores biológicos, en el control de acidificación de las aguas. En medicina y farmacia en la producción de antioxidantes, antibióticos, ácidos grasos polinsaturados.

Para saber más: Generalidades sobre las algas y sus usos en la biotecnología, para los programas de Ciencias Agrarias, Regencia de farmacia e Ingeniería de Alimentos

Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE RELACIÓN Este tipo de preguntas consta de dos proposiciones así: Una Afirmación y una Razón, unidas por la palabra PORQUE. Usted debe examinar la veracidad de cada proposición y la relación teórica que las une. Para responder este tipo de preguntas, debe leerla completamente y señalar en la hoja de respuesta, la elegida de acuerdo con las siguientes instrucciones: Marque A si la afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque B si la afirmación y la razón y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque C si la afirmación es VERDADERA, pero la razón es una proposición FALSA. Marque D si la afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA. Dentro de los protozoarios se encuentra el género plasmodium, estos son microorganismos unicelulares, todos parásitos, sobresalen por los daños que causa a la salud humana. PORQUE Dentro del género Plasmodium, existen 4 especies que causan la enfermedad conocida como Malaria.

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1.2.5. Lección 10. Microorganismos celulares eucariotas: Hongos

Introducción Los hongos pertenecen al dominio Eukarya o Eucariota, Reino Fungi. Su importancia se deduce fácilmente de la amplitud y diversidad de este tipo de seres vivos que cuentan con aproximadamente 100.000 especies, entre las cuales hay tanto benéficas como perjudiciales para el entorno humano en el área de la salud y la producción. Una cucharadita de tierra contiene alrededor de 120.000 hongos. Presentan diferentes formas desde microorganismos unicelulares de forma redonda u ovalada como las levaduras hasta pluricelulares como los hongos filamentosos o mohos que pueden formar largas cadenas de células. Su tamaño y complejidad son superiores al de las bacterias. Habitan en ambientes húmedos y oscuros, sobre el suelo, las frutas el pan, el queso, las plantas, el cuerpo del hombre y de los animales, en el agua dulce y salada. Se desarrollan mejor en ambientes ligeramente ácidos (pH 5, siendo 7 neutral). La mayoría son aeróbicos aunque hay algunas especies facultativas. Su nutrición es heterótrofa, carecen de clorofila y adquieren su energía de compuestos orgánicos del suelo y del agua. Se considera que los hongos saprófitos juegan un papel importante en la degradación de la materia orgánica muerta, y en el aumento de la fertilidad del suelo. Levaduras: características morfológicas y fisiológicas Figura 24. Imagen de una especie de levaduras

Tomado de: http://edbolivar.files.wordpress.com/2009/05/levadura02_col1.jpg 70

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Las levaduras son hongos unicelulares de forma esférica, alargada u ovalada, presentan diferentes colores: blanco, rosado, beige o rojo. Su tamaño oscila entre 2,5 – 10 micras de ancho y 4,5 - 21 micras de largo. Son microorganismos anaerobios facultativos La levadura aeróbica produce dióxido de carbono, agua y una producción relativamente alta de nueva levadura, mientras que la levadura anaerobia fermenta el azúcar en alcohol y dióxido de carbono y tiene un crecimiento más lento. La mayoría se reproducen asexualmente por gemación consistente en que a la célula madre le sale un botón o gema. Al mismo tiempo que el botón aumenta de tamaño, el núcleo de la célula madre mediante el proceso de mitosis se divide en dos, transfiriéndole uno a la célula hija o botón. Poco a poco la gema se va desprendiendo dando origen a una levadura hija idéntica a la madre. Una levadura puede producir hasta 24 células hijas. Las levaduras también pueden reproducirse por fisión binaria. Algunas no separan la célula hija o gema y forman pseudomicelio, característica que se usa para identificar y clasificar la levadura. Por ejemplo Candida albicans forma pseudomicelio. Las levaduras pueden habitar en el suelo, sobre las mucosas, en la superficie de vegetales. La mayoría son mesófilas, con una temperatura máxima de crecimiento entre. 24 y 48ºC. Se encuentran en un rango amplio de pH el cual está comprendido entre 2,5 y 8.horas. Son incapaces de moverse por lo que únicamente pueden ser arrastrados a través de corrientes de aire o en fluidos o por insectos. Condición del hospedero para acción patógena de levaduras En el sentido más estricto de la palabra, no existen levaduras patógenas por naturaleza; las que están relacionadas con enfermedad en el hombre o animales, son incapaces de producir infección en un individuo sano. Se deben presentar algunas alteraciones en las defensas celulares del huésped, en la fisiología, o en la composición de la flora normal para que pueda producirse la colonización, infección y la enfermedad por levaduras. Es el caso de las especies del género Candida que abarca más de 160 especies, de las cuales se considera que sólo 18 son patógenas. Un crecimiento excesivo del hongo Candida albicans puede causar lesiones en la piel, debajo de las uñas o en las membranas mucosas de la boca, la vagina, los bronquios y los pulmones. Según López, C., Giro, L., Ramos, L. et al. Comparación de diferentes métodos para la identificación de especies del género Candida. Rev. Argent. Microbiol., ene./mar. 2005, vol.37, no.1, p.1621. ISSN 0325-7541.

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Otra levadura capsulada que afecta a pacientes inmunosuprimidos es Cryptococcus neoformans, causante de la criptococosis o micosis sistémica, la principal fuente de infección de la variedad neoformans es el excremento de aves. La causa principal de patogenicidad de las levaduras está relacionada con alteraciones del sistema inmunológico del huésped, así como con otros factores predisponentes, que puedan interferir en el equilibrio del nicho biológico que mantienen a estas levaduras en estado de comensal. Entre los factores desencadenantes podemos mencionar: embarazo, edades extremas (infancia y vejez), uso prolongado de antibióticos, antineoplásicos, glucocorticoides, drogas, uso de prótesis dentales, etc. (Senet JM. Risk factors and physiopathology of candidiasis. Rev Iberoam Micol 1997; 14: 6-13). Importancia

económica

y algunos

efectos

perjudiciales

de

las

levaduras

Las levaduras tienen importancia en la obtención de productos y bebidas fermentables debido a su capacidad de realizar fermentación alcohólica es el caso de Saccharomyces cervisiae. Tienen un papel importante en la fabricación de pan y productos de pastelería. También se utilizan en la producción de antibióticos, son fuente de proteína y de vitaminas del complejo B. Mediante técnicas de ADN recombinante se utilizan como hospederos en la industria médico farmacéutica, para la producción de vacunas, por ejemplo, Antihepatitis A, Anti-hepatitis B, inmunopotenciadores, la Hirudina indicada en la Trombocitopenia y para la prevención de trombosis, proteínas de la sangre, hormonas como la insulina y el glucagón e interferones. Sin embargo un pequeño porcentaje de levaduras aproxidamente un 25 % pueden alterar los alimentos causando su deterioro. La actividad contaminante de las levaduras sobre alimentos puede inhibirse por dos vías; mediante la aplicación de métodos físicos con actividad bactericida, entre los que se destacan la esterilización por calor a presión y por filtración y por la aplicación de condiciones ambientales desfavorables con efecto bacteriostático, tales como disminución de la aw, bajos valores de pH y temperatura. Hongos Pluricelulares o Mohos Los hongos pluricelulares o mohos forman una serie de filamentos o tubos rígidos denominados hifas; dentro de las hifas se encuentra el citoplasma que contiene varios núcleos, y demás organelos: mitocondrias, ribosomas, vacuolas, aparato de Golgi, retículo endoplasmático y lisosomas. Existen dos tipos de micelio: vegetativo que crece por toda la superficie del sustrato (suelo, alimento, tejido vegetal) y tiene como función absorber nutrientes del sustrato al penetrar en él y fijar el hongo al sustrato y micelio aéreo reproductor que produce esporas sexuales y asexuales. 72

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Figura 25. Imágenes de hifas de diferentes tipos de hongos

Tomado de: Atlas de micología Las hifas dan al moho un aspecto algodonoso o de pelusa y pueden ser septadas, es decir, presentar tabiques transversales que separan las células; o aseptadas o cenocíticas con células multinucleadas.El conjunto de hifas forman un micelio. Los hongos presentan pared celular compuesta de varias capas constituidas de estructuras amorfas como los mananos (polímeros ramificados de la manosa, los glucanos (polímeros de la glucosa) y por quitina que es un polisacárido estructural que también se encuentra en el exoesqueleto de los artrópodos. La pared celular da la rigidez al hongo y le permite la nutrición absortiva. Los hongos se pueden reproducir por procesos asexuales, sexuales o parasexuales. La forma de reproducción se constituye en un criterio para su clasificación. Los patógenos generalmente se reproducen de forma asexual, aunque algunas especies pueden tener reproducción sexual y asexual, dependiendo de las condiciones ambientales. Reproducción asexual Los hongos imperfectos se reproducen asexualmente de tres formas: por fragmentación o fisión, por gemación y por la formación de esporas. En la reproducción asexual no hay conjugación nuclear ni reducción cromática. La reproducción asexual por fragmentación del micelio es una de las formas más sencillas y consiste en la fragmentación, crecimiento y ramificación de las hifas para dar origen una nueva colonia. Este mecanismo se usa en los subcultivos de laboratorio La Gemación consiste en la formación de una yema en un punto de la célula madre; a medida que la nueva célula hija aumenta de tamaño, se separa de la madre y da lugar posteriormente a nuevas hijas por el mismo mecanismo.

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Por formación de esporas se presenta con dos opciones: por doble fisión de las hifas que forman células unicelulares de forma cilíndrica denominadas artrosporas las cuales seliberan cuando las hifas se separan para germinar en el medio adecuado; la segunda opción consiste en la fragmentación de las hifas que desarrollan esporas redondas cubiertas por paredes gruesas llamadas clamidosporas resistentes a condiciones adversas como el calor y la desecación. Las esporas presentan diferente forma, tamaño, color y número de células. Son las responsables de dispersar los nuevos individuos. Algunas esporas están diseñadas para resistir condiciones adversas de crecimiento o para proporcionar un periodo de latencia. Algunos hongos producen sólo un tipo de esporas asexuales, mientras otros pueden producir diferentes tipos de esporas. Tipos de esporas asexuales Figura 26. Reproducción asexual del hongo del pan: Rhizopus nigricans modificado e imagen de Conidios en Penicillium

Para saber más: Atlas de imágenes de hongos y curso de biología vegetal Animación: salida de esporangiosporas

Esporangiosporas: Son esporas que se producen dentro de de una envoltura denominada esporangio, al romperse el esporangio las esporas salen yal caer en el sustrato adecuado dan origen a nuevas hifas. En este tipo de reproducción el núcleo de la célula madre se divide en varios núcleos, cada uno toma una parte del citoplasma de la célula madre que luego se rodea de una membrana celular, la célula madre se rompe y se liberan varias células hijas. Ejemplo: en Mucor o en Rhizopus nigricans Conidias: Son esporas desnudas que se forman en los extremos de las hifas mediante gemación. Ejemplo: en el hongo Aspergillus flavus

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Reproducción Sexual La reproducción sexual es otra forma de reproducción de los hongos, e implica la unión de 2 núcleos uno donante y otro receptor para formar un núcleo cigótico diploide, que por meiosis origina 4 núcleos haploides. A los hongos con reproducción sexual se los denomina perfectos. La reproducción sexual comprende 3 fases: Figura 27. Reproducción sexual de los hongos

Plasmogamia: en ella se unen los dos protoplastos de las hifas y los dos núcleos se reúnen en una sola célula. Cariogamia: fusión de los dos núcleos que se habían reunido en la plasmogamia Meiosis: Se reduce el número de cromosomas, se forman gametos haploides. Después de la fusión de los núcleos de las dos células: hifas o levaduras que comparten el ADN y de ocurrida la meiosis se forman las esporas con características heredadas de cada uno de sus progenitores. Cada espora tiene capacidad para desarrollar una nueva colonia. Tipos de esporas Sexuales Ascosporas: Son unicelulares, generalmente se desarrollan 4 a 8 dentro una célula denominada asca. Basidiosporas: Unicelulares, se forman en células llamadas basidios en número de 4 Zigosporas: Son de mayor tamaño con pared celular gruesa se desarrollan al fusionarse dos hifas sexualmente compatibles.

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Oosporas se forman por la unión de dos células gaméticas, oogonio y anteridio En condiciones óptimas para la germinación, las oosporas dan origen a micelio y esporangios los cuales infectan las plantas. Reproducción parasexual La reproducción parasexual es un mecanismo raro, en el que las hifas se unen sin fusión nuclear posterior y da lugar a una célula con más de un núcleo funcional y de diferente procedencia genética. En algunas ocasiones pueden conjugarse los núcleos y aparece un núcleo diploide heterocigótico. El hecho comprobado por primera vez en Aspergillus nidulans demuestra que la recombinación genética puede existir sin utilizar las células sexuales. Enfermedades causadas por hongos En los animales los hongos pueden producir enfermedades graves en la piel uñas y cuero cabelludo, por ejemplo, la dermatomicosis o tiña. Otros afectan los órganos del hombre y de los animales, es el caso del hongo Aspergillus causante de la aspergilosis que compromete los pulmones y el sistema nervioso. La especie más comúnmente patógena es Aspergillus fumigatus que se asocia tanto con las formas alérgicas como con las invasivas. La coccidiomicosis causada por un patógeno micótico llamado Coccidioides immitis ocasiona enfermedad en animales y en las personas inmunosuprimidas. El patógeno es normalmente inhalado, lo cual lleva a la infección pulmonar. Los síntomas incluyen fiebre, fatiga, pérdida de peso, y tos. La coccidiomicosis también puede afectar a las membranas que rodean el cerebro (meningitis) y puede diseminarse por el cuerpo. La criptococosis es causada por un hongo parecido a la levadura, llamado Cryptococcus neoformans, el cual se encuentra en la tierra y en el excremento de las aves y afecta a las personas y algunas especies de animales. Se transmite a través de la inhalación de polvo contaminado. Los síntomas incluyen fiebre, fatiga, náusea, malestar, dolor de cabeza y de cuello, confusión mental, pérdida de memoria, trastornos de visión y de movimiento muscular, y cambios de personalidad; si no es tratada, la enfermedad puede derivar en coma y muerte. La criptococosis afecta áreas del cuerpo incluyendo la piel, los pulmones (neumonía criptococcal) y el cerebro (encefalitis). La enfermedad puede diseminarse. En el perro y el gato afecta los pulmones, el sistema nervioso central y las mucosas nasal y oral. En el bovino la lesión se localiza en el tejido mamario ganglios linfáticos adyacentes, en el equino se presentan trastornos respiratorios asociados a granuloma nasal. La criptococosis se diagnostica a través de análisis del fluido cerebral y cerebroespinal

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Histoplasmosis - La histoplasmosis es ocasionada por la infección con el hongo Histoplasma capsulatum, el cual reside en la tierra y las heces de murciélago. La enfermedad afecta con mayor frecuencia a los pulmones. También puede afectar a la piel, al sistema gastrointestinal y al sistema nervioso central. Los síntomas incluyen fiebre, pérdida de peso, fatiga, tos seca, problemas respiratorios, salpullido, e inflamación de los nódulos linfáticos. Se diagnostica con análisis del fluido pulmonar, de sangre u orina, o mediante biopsia. Es tratada con medicamentos antimicóticos. Candida albicans afecta a las aves causándoles la muerte, en el hombre afecta las mucosas de la boca, garganta y tracto genitourinario. Los hongos tóxicos como (Aspergillus, Penicillium, Fusarium) contaminan los alimentos o productos agrícolas como cereales y concentrados al producir sustancias tóxicas las mico toxinas (aflatoxinas, ocratoxinas, fumonisinas o zearalenona, entre otras) que al ser consumidas por el hombre o los animales les causan enfermedades letales como la micotoxicosis. Muchas enfermedades de las plantas son debidas a la presencia de hongos, por ejemplo, la enfermedad de la Roya. El hongo Phytophtora infestans, causó en Irlanda un millón de muertes a contaminar la papa. Muchos hongos arruinan anualmente de un cuarto a la mitad de las cosechas de frutas y vegetales Importancia biológica Los hongos no solamente causan enfermedades, sino que también son utilizados en procesos industriales por ejemplo: del hongo Penicillium notatum se obtiene el antibiótico penicilina. Algunos hongos como Penicillium roquefort son utilizados en la elaboración de queso Roquefort. Las enzimas de algunos hongos producen fermentación alcohólica en los jugos de frutas proceso que se utiliza por ejemplo, para la elaboración de vino a partir de jugo de uva. El Saccharomyces cerevisae o levadura del pan se utiliza en la preparación del pan y la cerveza. Los hongos son los principales descomponedores del ecosistema, digieren plantas y animales muertos, contribuyendo a la descontaminación ambiental. Otros hongos se usan como control biológico contra insectos perjudiciales. Hay hongos que crecen en simbiosis con las raíces de algunas plantas formando las micorrizas.

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Clasificación Figura 28. Imágenes de levaduras: Saccharomyces cerevisiaede la familia Ascomycota y Cryptococcus albidus, utilizadas para la fabricación de pan

Tomado de: http://www.biology.ed.ac.uk/research/groups/jdeacon/microbes/albic2.jpg Las levaduras se identifican por el estudio de sus características metabólicas; mientras que la clasificación de los hongos filamentosos se basa en sus características morfológicas. Los hongos se han clasificado con criterios muy diferentes según el interés de los estudiosos (taxonómico, patogénico, epidemiológico). Desde el punto de vista taxonómico estricto, se clasifican según el tipo de reproducción sexual, en cuatro grupos: Zigomicetos, Ascomicetos, Basidiomicetos y los Deuteromicetos u hongos imperfectos que son los hongos superiores para los que se desconoce el tipo de reproducción sexuada, porque sus estructuras sexuales no están bien identificadas no se han descubierto o no existen. Los Zigomicetos son los hongos más simples con hifas aseptadas, micelio cenocitico, es decir multinucleado y zigosporas. Ejemplos de este tipo de hongos son: el moho negro del pan, o muchos formadores de endomicorrizas. Ejemplo Rhizopus, Mucor, Penicillium Los Ascomicetos presentan ascas o estructuras semejantes a un saco el cual contiene las ascosporas o esporas sexuales. Su micelio es aseptado. Es el grupo con mayor número de especies. Entre ellas destacan muchos hongos fitopatógenos (oídios, cornezuelo, grafiosis del olmo, etc.), parásitos en humanos Candida, Cryptococcus. Los Basidiomicetos presentan basidios en donde se encuentran las basidiosporas o esporas sexuales. Pertenecen a este grupo los hongos comestibles. Aquí pueden hallarse los hongos más conocidos, como las típicas setas, y algunos fitopatógenos de enorme importancia como royas y carbones.

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Los Deuteromicetos presentan hifas tabicadas.

Para saber más: Profundización sobre hongos También puedes obtener muchos detalles acerca de los hongos y ver algunas imágenes interesantes en Microbial World (en inglés)

Una página actualizada permanentemente, con información sobre hongos: Dr. Fungi, (en inglés)

Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: Los hongos son los principales agentes de descomposición de la materia orgánica en todos los ambientes ácidos. Los hongos poseen una red de filamentos o hifas en el suelo y su micelio puede subdividirse en células individuales por medio de paredes transversales o septos. Los micelios fungosos se pueden observar fácilmente en los humus tipo mor y moder. POSTULADO I:Los hongos participan en la formación del humus y contribuyen al reciclaje de nutrientes y a la estabilidad de agregados mediante la degradación de residuos vegetales y animales. POSTULADO II: Una de las principales actividades de los hongos es la descomposición de la celulosa, hemicelulosa, pectinas, almidón, grasas y compuestos de lignina.

1.2.6. Actividades de Autoevaluación del capítulo 2 CRUCIGRAMA HORIZONTALES 2. Su forma es ovalada, se desplazan y capturan el alimento por medio de cilios, filamentos cortos, vibrátiles y numerosos que rodean su cuerpo. 4. Se les considera como la etapa primitiva de los virus. 5. Eucariotas, autótrofas, pertenecientes al reino Protista. 6. Son proteínas que se multiplican en la célula hospedadora donde generan graves alteraciones 7. Se caracterizan por que son procariotas (sin núcleo verdadero), autótrofos (fundamentalmente)

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9. Son más resistentes que las bacterias a esta radiación. 10. Son bacterias anaerobias facultativas 11. se les conoce como “bacterias”, microorganismos procariotas, unicelulares de organización muy sencilla 12. Se desplazan por medio de pseudópodos, que son prolongaciones de la célula que les sirven además para capturar el alimento, englobarlo y formar una vacuola digestiva, donde el alimento es digerido por acción de enzimas. 14. Carecen de órganos de locomoción todos son parásitos obligados de células del hombre y de los animales. Presentan una estructura apical adaptada a la penetración intracelular. 15. Pertenecen al dominio Eucarya o Eucariota, Reino Fungi.

VERTICALES 1. Son organismos microscópicos móviles, incoloros, unicelulares, eucarióticos, poseen núcleo, membrana nuclear, membrana celular, mitocondrias, aparato de Golgi, microtúbulos y otros organelos, carecen de pared celular 3. Tienen importancia en la obtención de productos y bebidas fermentables debido a su capacidad de realizar fermentación alcohólica 8. Producen el metano de los eructos de los rumiantes y del gas liberado en las zonas pantanosas 13. hongos pluricelulares que forman una serie de filamentos o tubos rígidos denominados hifas

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1.3. CAPÍTULO 3. IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS Introducción7 Las bacterias son microorganismos con una capacidad extraordinaria de adaptación a diferentes condiciones ambientales. Para comprender la esencia de esta capacidad es importante conocer sus bases genéticas, es decir cómo está organizada la información genética, como realizan y regulan su expresión y que mecanismos de variación génica poseen. La capacidad infecciosa de las bacterias patógenas radica en que poseen la información génica necesaria para colonizar los tejidos del huésped, invadirlos y/o producir sustancias tóxicas que causarán la enfermedad. Por otro lado, el conocimiento del funcionamiento genético de las bacterias, sumado al hecho de que son de fácil manejo en el laboratorio y que tienen crecimiento rápido, ha permitido usarlas para sintetizar productos útiles a la medicina, tanto para el diagnóstico como para la prevención y tratamiento de algunas enfermedades. Estas posibilidades se han visto incrementadas con el desarrollo de la ingeniería genética y la disponibilidad de técnicas de biología molecular.

Objetivos  Describir las técnicas mutacionales más usuales en Genética Bacteriana. 

Distinguir entre los procesos de recombinación genética (transformación, transducción y conjugación).



Conocer las bases y la metodología para los procesos de obtenciónde productos útiles al hombre por clonación de DNA (manipulación dematerial genético).



Conocer los principios de la inmunología

Conclusión La genética estudia la variabilidad y herencia de las características de un organismo, sea eucariótico o procariótico. Las investigaciones sobre la genética bacteriana han sido contribuciones a la biología, debido a que las leyes de la herencia se cumplen en todos los organismos vivos. En épocas anteriores la única posibilidad de hacer análisis 7

Montoya Villafañe, Hugo Humberto. Microbiología básica para el área de la salud y afines. 2@ edición. Medellín. Universidad de Antioquia. 2008.

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genéticos era el de hacer apareamientos en plantas o animales; actualmente la investigación se hace con bacterias debido a sus ventajas, como son su rápida reproducción y el gran número de individuos que resultan de cada experimento (se estima que, en su etapa logarítmica, se duplica en intervalos de 20 minutos, obteniéndose una nueva generación con millones de individuos). Para el desarrollo de éstos experimentos, se utiliza con mucha frecuencia, la bacteria Eschericichia coli, debido a que posee sistemas exclusivos de recombinación genética, la cual es un mecanismo donde las células descendientes pueden tener combinaciones de genes diferentes de los de sus padres.

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1.3.1. Lección 11. Elementos genéticos de los virus8:

Los virus pueden tener varios efectos sobre las células. La infección lítica ocasiona la destrucción de la célula huésped, sin embargo, hay otros posibles defectos tras la infección de células animales. En el caso de virus con envoltura, la liberación de virus, ocurre por un proceso de gemación, pude ser lenta y la célula puede resultar no lisada y continuar produciendo virus por un largo período de tiempo. Tales infecciones se denominan infecciones persistentes, los virus también pueden causar infecciones latentes en un hospedador. En este caso, hay un retraso entre la infección por el virus y la aparición de los síntomas. Las ampollas febriles (herpes labial) causadas por el virus del herpes simplex, son el resultado de una infección vírica latente; los síntomas reaparecen de modo esporádico cuando el virus sale de la latencia. Algunos virus animales tienen la capacidad de cambiar una célula normal a una célula cancerosa o tumoral. El cáncer es un fenómeno celular de crecimiento incontrolado. Aunque la mayor parte de las células de un animal desarrollado están vivas, tales células no se dividen con frecuencia debido, aparentemente, a la presencia de factores inhibidores del crecimiento que impiden la iniciación de la división celular, la infección por algunos tipos de virus animales origina un proceso llamado tranformación durante el cual el crecimiento llega a ser incontrolado. Una de las principales diferencias entre células normales y cancerosas es que las últimas tienen diferentes necesidades en cuanto a factores de crecimiento. En cultivo, las células que crecen con rapidez se apilan en acumulaciones que son viables como focos de infección. Debido a que en el cuerpo del animal las células cancerosas tienen menos requerimientos para crecer, crecen con profusión originando la formación de grandesmasas de células llamadas tumores. No todos los tumores con peligrosos. El cuerpo es capaz de aislar algunos tumores de modo que evita su extensión, tales tumores no invasivos se llaman benignos, mientras que 8

Tomado de Brock, Biología de los Microorganismos.

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otros, llamados malignos, invaden el cuerpo destruyendo los tejidos y órganos normales del cuerpo. Una cuestión importante es analizar cómo una célula normal se convierte en cancerosa. El crecimiento y la división se regulan al menos por dos tipos de genes de células normales. El primer tipo, los llamados proto – oncogenes, inducen al crecimiento pero están controlados por el segundo tipo, los genes supresores tumorales que inhiben el crecimiento. La producción de cambios en uno o ambos tipos de genes da como resultado un crecimiento celular incontrolado y, por tanto, a un cáncer. El primer paso o iniciación ocurren cambios genéticos en la célula. Este paso puede ser inducido por algunos compuestos, denominados carcinógenos, o por estímulos físicos como la radiación U.V o los rayos X. Algunos virus también llevan a cabo el cambio genético que origina la iniciación de la formación del tumor. Esta iniciación puede consistir en la activación de un proto – oncogen a oncogén (un gen que causa tumor), o en la inactivación de un gen supresor tumoral. Una vez que ha ocurrido la iniciación, la célula potencialmente cancerosa puede permanecer latente, pero bajo condiciones determinandas, que generalmente incluyen alguna alteración ambiental, se puede convertir en una célula tumoral; este proceso se llama promoción. Cuando la célula ha sido promovida a la condición cancerosa, la división celular continuada puede resultar en la formación de un tumor. Aunque la capacidad de los virus para ocasionar tumores animales se demostró hace muchos años, la relación de los virus con cáncer en humanos ha sido en muchos casos incierta. Resulta difícil probar el origen vírico de un cáncer humano por la dificultad de llevar a cabo la experimentación necasaria. Sin embargo, ahora está establecido que ciertas clases específicas de tumores humanos tienen origen vírico como: Leucimia de células T en adultos, Carcinoma nasofaríngeo, Cáncer cervical y Cáncer de piel.

Contra le cáncer cervical o cáncer del cuello uterino se ha desarrollado recientemente una vacuna. Este tipo de cáncer es causado por el virus del papiloma humano, El científico alemán Harald zur Hausen realizó un gran avance en la investigación del cáncer cervical, ya que descubrió el papel importante que posee el virus del papiloma humano (VPH) en su formación, razón por la cual obtuvo el Premio Nobel de Medicina en 2008. Asimismo contribuyeron los experimentos realizados en monos Rhesus por el ginecólogo español Enrique Aguirre Cabañas. Todo esto sentó las bases sobre las que después se harían las investigaciones sobre la vacuna contra el cáncer cervical (Gardasil), en la que tuvieron un papel fundamental los doctores Ian Fraser y Jian Zhou.

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Transferencia El ciclo lítico de un virus: A. Provoca la muerte celular al liberarse los virus. B. Se produce si el ácido nucleico viral recombina con el bacteriano. C. No destruye la célula hospedadora, pero el virus se divide. D. Es igual al ciclo lisogénico.

1.3.2. Lección 12: Genética bacteriana

Estructura de los ácidos nucleicos El ácido desoxirribonucléico o ADN, es una sustancia química responsable de la transmisión de información hereditaria. El ADN es el constituyente del cromosoma de las células bacterianas. En su estructura se codifica la información para la síntesis de las proteínas celulares y los genes, que son los segmentos que codifican las proteínas. Esta información se transmite de generación en generación por la replicación del ADN. Figura 29. Estructura del ADN

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Desde el punto de vista químico, el ADN9 es un polímero de nucleótidos, es decir, un polinucleótido. Un polímero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre sí, como si fuera un largo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagón es un nucleótido, y cada nucleótido, a su vez, está formado por un azúcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adenina→A, timina→T, citosina→C o guanina→G) y un grupo fosfato que actúa como enganche de cada vagón con el siguiente. Lo que distingue a un vagón (nucleótido) de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando sólo la secuencia de sus bases. La disposición secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la información genética: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucleótidos, en la que las dos hebras están unidas entre sí por unas conexiones denominadas puentes de hidrógeno. Para que la información que contiene el ADN pueda ser utilizada por la maquinaria celular, debe copiarse en primer lugar en unos trenes de nucleótidos, más cortos y con unas unidades diferentes, llamados ARN. Las moléculas de ARN se copian exactamente del ADN mediante un proceso denominado transcripción. Una vez procesadas en el núcleo celular, las moléculas de ARN pueden salir al citoplasma para su utilización posterior. La información contenida en el ARN se interpreta usando el código genético, que especifica la secuencia de los aminoácidos de las proteínas, según una correspondencia de un triplete de nucleótidos (codón) para cada aminoácido. Herencia de las características y variabilidad: Una característica de todas las formas de vida, está dada por la estabilidad general o “semejanza” que produce características de los padres en su descendencia. Sin embargo, además de la herencia de las características, existe una variabilidad o cambio, que se expresa en la descendencia. Estos cambios están asociados a dos propiedades de la célula, el genotipo, que se refiere a la constitución genética precisa de una célula bacteriana o de un organismo superior y el fenotipo, que es la expresión del genotipo, o sea de las características observables de una célula bacteriana o de un organismo superior. Variaciones fenotípicas o temporales (adaptaciones) Son modificaciones del fenotipo bacteriano debidas a cambios ambientales en los cuales no se ve afectado el genoma y que no se transmiten por la herencia. Son típicas de las bacterias que se encuentran en cultivos. Las variaciones fenotípicas pueden ser de varios tipos:

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http://es.wikipedia.org/wiki/Ácido_desoxirribonucleico

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Morfológicas: Producen cambios de forma, tamaño, pérdida de la cápsula, de flagelos o esporos o de tinción, como en las bacterias Gram variables. Estos cambios se producen cuando se cambia el pH, temperatura, presión osmótica o contenido nutricional del medio entre otros. Cromógenas: Algunas bacterias tienen la capacidad de producir pigmentos, que le imparten un color característico a sus colonias. Estos pigmentos pueden desaparecer temporalmente al modificar sus condiciones ambientales, como en el caso de la bacteria Serratia marcescensque produce colonias color ladrillo cuando se cultiva en agar nutritivo, a temperatura ambiente y en la oscuridad, pero que pierde con aumentos de temperatura. Figura 30. Serratia marcescens

Tomada de: http://www.health.qld.gov.au/EndoscopeReprocessing/images/1317_serratia.jpg Enzimáticas: Este es el caso de las bacterias que producen enzimas si el medio en que se desarrollan induce su producción, como en el caso de la E. Coli que solo produce la enzima beta galactosidasa, si en el medio de cultivo hay ausencia de lactosa o en el caso de la enzima penicilinasa, que solamente se produce cuando en el medio está presente la penicilina. De tinción: Esta variación se observa en las bacterias Gram variables: las bacterias Gram positivas de un cultivo viejo pierden la capacidad de retener colorante primario durante la decoloración con alcohol y solamente recuperan esta propiedad cuando se vuelve a sembrar y se obtiene población joven. Variaciones genotípicas permanentes: El genotipo de una célula bacteriana está determinado por la información genética contenida en su cromosoma. Los cromosomas se dividen en genes, que son la unidad funcional de la herencia y están formados por cientos de pares de nucleótidos. Cualquier gen tiene la posibilidad de mutar o de cambiar a una forma diferente y de ésta manera 87

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propiciar la formación de una proteína alterada o nueva, que a su vez puede dañar las características de la célula, produciéndole a veces la muerte. Este fenómeno se conoce como mutación, que es el cambio de la secuencia de nucleótidos de un gen que se transmite en forma hereditaria. Las mutaciones son acontecimientos raros (una mutación por cada 1.000.000 de células) que se producen al azar y surgen espontáneamente, sin tener en cuenta los requerimientos del ambiente. Este tipo de mutaciones se conoce como mutaciones espontáneas y pueden surgir como consecuencia de la radiación natural, que altera la estructura de las bases de ADN. Generalmente, los mutantes se encuentran entre gran cantidad de células bacterianas normales, que se conoce como cepa silvestre o protótrofa, o sea que que es la cepa progenitora que crece en un medio nutritivo completo. Para aislar a estos mutantes – cepa auxótrofa - se han desarrollado técnicas de aislamiento como la utilización de antibióticos al medio de cultivo, para seleccionar los mutantes resistentes a este antibiótico, que crecen en el medio de cultivo. Las mutaciones pueden ser catalogadas como inducidas, cuando se aplica a una población bacteriana algún tipo de agente inductor, conocido como agente mutagéno o sustancia mutagénica. Variabilidad genética de las bacterias El material genético bacteriano es muy simple: un solo cromosoma circular, plásmidos y transposones. - Cromosoma: Está formado por ADN, es de doble cadena, forma una estructura circular la cual permanece super enrollada, las bacterias solo poseen un cromosoma en su genoma. - Plásmidos: son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. A diferencia del ADN cromosomal, los plásmidos no tienen proteínas asociadas. -Transposones: son porciones de ADN que pueden moverse de un lugar a otro del cromosoma. No son independientes al cromosoma bacteriano y se replican con él. La reproducción en las bacterias es asexual por bipartición: Tras la duplicación del ADN, la pared bacteriana crece hasta formar un tabique transversal separador de las dos nuevas bacterias. Pero además de este tipo de reproducción asexual, las bacterias poseen unos mecanismos de recombinación genética, mediante los cuales se intercambian fragmentos de ADN.Los cambios genotípicos pueden darse por tres mecanismos:

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a.Transformación b.Conjugación c. Tranducción Transformación: Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive. Conjugación: En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de un puente o pili, un plásmido, a otra bacteria receptora F-. Transducción: En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias. El virus tiene un ciclo de vida lisogénico. Animación sobre proceso de conjugación Figura 31. Recombinación genética de bacterias

Tomado de: http://3.bp.blogspot.com/_HQUynmAHGQ/Sca6UbRdWMI/AAAAAAAAADw/YxKlY-7t61Q/s400/eeeessstaaaaaa.bmp

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Para saber más: Recombinación genética bacteriana Recombinación genética de hongos, bacterias y virus

Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas.

La meiosis no existe entre los organismos bacterianos, sin embargo, puede darse recombinación tras la transferencia horizontal de genes, en donde los genes de un organismo maduro e independiente se transfieren a otro. En bacterias es una transferencia unidireccional, en eucariotas tiende a ser recíproca. El desplazamiento del ADN de una bacteria donadora al receptor puede producirse de 3 mecanismos, dos de los cuales pueden ser: 1. Transformación 2. Conjugación 3. Gametogénesis 4. Síntesis de proteínas de tipo histona

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1.3.3. Lección 13. Genética de protistos y hongos 10

Algunas mutaciones pueden ser "beneficas" al proveer de una ventaja evolutiva a los organismos que las poseen. La infección por Plasmodiun falciparum (también por otras especies del mismo género) produce la enfermedad denominada malaria, esta se haya ampliamente distribuida en las zonas con clima tropical y los vectores son las hembras de los mosquitos del género Anopheles. Se sabe que una mutación en el gen que codifica para la cadena beta de la hemoglobina hace que los portadores del gen mutante sean resistentes a la infección, al hacer que la hemoglobina mutante disminuya su capacidad para transportar oxígeno, limitando de oxígeno al parásito Plasmodium sp. y evitando que este infecte a los eritrocitos (globulos rojos de la sangre).

Figura 32. Plasmodium falciparum

Tomado de: http://cecyt3biology.blogspot.com/

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Adaptado de: http://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Fungal+genetics

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El estuio de la estructura y función de los genes en los hongos, ha aportado importantes conocimientos sobre los genes, la herencia, mecanismos genéticos, metabolismo, fisiología, de los mismos hongos con aplicación en organismos superiores en general. El núcleo de los hongos es predominantemente haploide, es decir, contienen un solo juego de cromosomas, haciendo útil esta característica en el estudio de las mutaciones, que se dan en genes recesivos, los cuales se enmascaran en los organimso diploides. La reproducción de los hongos puede ser asexual o sexual. La reproduccipon asexual consiste en la división mitótica mediante el crecimiento de las hifas, la división celular o la producción de esporas asexuales. La reproducción sexual se basa en las divisiones meióticas nucleares. En Ascomicetos y Basidiomicetos, las esporas, que contiene los núcleos que son los cuatro productos de una meiosis, permanecen juntas en un grupo llamado tétrada, condición que no ocurre en ningún otro grupo de organimos eucariotas, donde cada producto de una meiosis se encuentra de forma individual. Las Tétradas de los hongos se estudian para entender mejor los procesos de recombinación que se dan en la meiosis de los organimos eucarioticos.

Transferencia Muchos conocimientos de la genética, metabolismo, fisiología de los organismos eucariotas, se derivan del estuio de: a. Eubacterias b. Cianobacterias c. Hongos d. Protistos

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1.3.4. Lección 14. Biotecnología microbiana11

Metabolitos microbianos importantes para la industria Los productos de la biotecnología se aplican hoy a un gran número de industrias entre las que cabe mencionar no sólo la alimenticia, sino también la farmacéutica, textil, del papel, de detergentes, etc. Antes del advenimiento de la ingeniería genética ya se obtenían diversos productos (metabolitos) derivados de bacterias, levaduras y hongos filamentosos. Cuando un microorganismo crece en un medio con nutrientes en exceso, consigue completar sus vías metabólicas generando los productos finales del metabolismo energético y todos los compuestos necesarios para su ciclo de vida (aminoácidos, proteínas, nucleótidos, ácidos orgánicos, vitaminas, azúcares, grasas, alcoholes). Estas moléculas se denominanmetabolitos primarios, y los más importantes, desde el punto de vista comercial, son los alcoholes (especialmente el etanol), los aminoácidos, los ácidos orgánicos, las vitaminas y las enzimas. Entre las enzimas, se pueden mencionar a las proteasas y lipasas para la fabricación de detergentes en polvo, la celulasa y otras enzimas para la industria textil, y la pectinasa, empleada en la industria alimenticia para la elaboración de jugos de fruta. Además de ser altamente específicas en sus reacciones, la enorme variedad de enzimas disponible permite optar por versiones resistentes al calor, pH bajos, solventes o altas concentraciones salinas. Además, son biodegradables, y reemplazan a procesos físicos o químicos generalmente contaminantes, corrosivos, y que requieren más energía. Cabe mencionar que la mayor parte de las enzimas hoy se producen a partir de bacterias u hongos genéticamente modificados, y se cree que en 2009 el mercado mundial de enzimas ascenderá a unos 2,4 millones de dólares. Los metabolitos secundarios, en cambio, se producen cuando algún nutriente del medio se encuentra en concentraciones limitantes. Los más importantes comercialmente son los antibióticos, los pigmentos, las toxinas, los inhibidores enzimáticos y los alcaloides. 11

Adaptado de: http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_49.asp

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Durante la segunda mitad del siglo XX se lograron importantes avances en la biología, que fueron esenciales para el desarrollo de la biotecnología. Uno de los más importantes fue la determinación de la estructura de doble hélice del ADN. Este hecho, que les valió a los investigadores James Watson y Francis Crick el premio Nobel de medicina en 1962, permitió comprender cómo el ADN determina los caracteres de un individuo y cómo se transmiten de una generación a la siguiente. A partir de este hecho se pudo conocer que todos los organismos, desde los más simples hasta los más complejos, tienen un código genético común. Esto significa que el ADN de un organismo está “escrito” en un código que puede ser interpretado y traducido por las células de otros organismos. Se conoció que la información genética en todas las células se traduce a proteínas, componentes fundamentales que desempeñan una gran diversidad de funciones. Entre ellas las enzimas, que son proteínas que catalizan (aceleran) reacciones químicas en los seres vivos. A comienzos de los años 70 se descubrieron diversas enzimas en bacterias y virus, que fueron de gran ayuda para la biotecnología. Entre ellas: • Endonucleasas de restricción: enzimas bacterianas que reconocen secuencias específicas del ADN, y cortan la cadena cada vez que esta secuencia aparece. Existen endonucleasas de restricción que cortan el ADN en diferentes puntos (ver El Cuaderno N° 34). • ADN ligasas: enzimas que “pegan” fragmentos de ADN. • Transcriptasas inversas: enzimas virales que puede invertir la dirección normal de la transferencia de información. Normalmente, la información genética contenida en el ADN se transcribe a una molécula de ARN (ácido ribonucleico) y luego se traduce a una proteína. La transcriptasa inversa sintetiza ADN a partir del ARN. En ingeniería genética o tecnología del ADN recombinante, se utilizan estas enzimas para cortar y aislar un gen determinado -que tiene información para fabricar una proteína particular- e introducirlo en las células de un organismo distinto del inicial. En consecuencia, este organismo tendrá ADN recombinante a partir del cual fabricará una nueva proteína. A la proteína producida a partir de ADN recombinante se la denomina proteína recombinante.

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Transferencia En algunas bacterias ocurren intercambios genéticos (intercambio de genes) como resultado de tres mecanismos: transformación, conjugación, transducción e intercambio de plásmidos. De la transformación se podría decir: A.

B.

C.

D.

En este proceso, una bacteria donadora F+ transmite a través de un puente o pili, un fragmento de ADN, a otra bacteria receptora F-. La bacteria que se llama F+ posee un plásmido, además del cromosoma bacteriano En este caso la transferencia de ADN de una bacteria a otra, se realiza a través de un virus bacteriófago, que se comporta como un vector intermediario entre las dos bacterias. Consiste en el intercambio genético producido cuando una bacteria es capaz de captar fragmentos de ADN, de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive. Ninguna de las anteriores

1.3.5. Lección 15. Inmunología básica

Conceptos de la inmunología12 Los animales superiores son atacados por microorganismos y partículas extrañas. Pero poseen sistemas defensivos frente a tales patógenos; dichos mecanismos tienden a distinguir lo propio de lo extraño Concepto de inmunidad: Conjunto de mecanismos de defensa de los animales frente a agentes externos extraños. Se adquiere al nacer, y va madurando y consolidándose durante los primeros años de vida. Inmunología: Ciencia biológica que estudia todos los mecanismos fisiológicos de defensa de la integridad biológica del organismo. Dichos mecanismos consisten esencialmente en la identificación de lo extraño y su destrucción. La inmunología también estudia los factores inespecíficos que coadyuvan a los anteriores en sus efectos finales.

12

Adaptado de: http://www.ugr.es/~eianez/inmuno/cap_01.htm

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Respuesta inmune: Actuación integrada de un gran número de mecanismos heterogéneos de defensa contra sustancias y agentes extraños. En general, a las sustancias extrañas se las denomina como antígenos, y son ellos los que desencadenan en el organismo una mecanismos de defensa. Como veremos, los mecanismos de respuesta tienen una componente celular y otra molecular. Visión general del sistema inmunitario El sistema inmunitario consta de varias "líneas de defensa" principales: Inmunidad innata (= natural o inespecífica): es una línea de defensa que permite controlar a mayor parte de los agentes patógenos. Inmunidad adquirida (= adaptativa o específica): suministra una respuesta específica frente a cada agente infeccioso. Posee memoria inmunológica específica, que tiende a evitar que el agente infeccioso provoque enfermedad en una segunda infección. Pero incluso antes de que actúe la inmunidad inespecífica, el organismo posee una serie de barreras naturales que lo protegen de la infección de los agentes patógenos, así como una protección biológica por medio de la microflora (microbiota) natural que posee. Comenzaremos nuestro estudio de la inmunidad precisamente por estas primeras líneas defensivas. Barreras anatómicas y físicas Barreras anatómicas (superficies corporales): la piel y membranas mucosas La parte externa de la epidermis está compuesta de varias capas de células muertas, recubiertas de la proteína queratina, resistente al agua. Dicha capa se renueva cada 1530 días. La dermis subyacente contiene tejido conectivo con vasos sanguíneos, glándulas sebáceas y sudoríparas, y folículos pilosos. La piel es una auténtica barrera infranqueable para la mayor parte de los microorganismos. El papel de barrera de la piel se pone de manifiesto por contraste, por ejemplo al comprobar lo fácilmente que se producen infecciones a partir de quemaduras. Pero como contrapartida, en un organismo sano, las heridas se cierran rápidamente por coágulos. Algunos patógenos pueden obviar la barrera de la piel debido a que son inoculados por artrópodos vectores (ácaros, mosquitos, chinches, etc.). Por otro lado, existen zonas de la superficie del cuerpo no recubiertas por piel: Ojos, intestino, tracto respiratorio, tracto urinario. En estas zonas hay fluidos (y en su caso tapizado ciliar) que colaboran a la eliminación de microorganismos Algunos microorganismos han desarrollado estructuras para invadir el cuerpo del hospedador a partir de las mucosas. Por ejemplo, el virus de la gripe posee una molécula

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que le capacita para unirse firmemente a las células de la membrana mucosa y así escapar al efecto de las células ciliadas. Muchas bacterias patógenas logran adherirse a las mucosas a través de sus fimbrias, que se unen con ciertas glucoproteínas o glucolípidos de los epitelios de tejidos determinados. Función del pH Por ejemplo, en el estómago, el pH bajo (alrededor de pH 2) impide que lo atraviese la mayoría de microorganismos, excepto algunos patógenos (p. ej., Salmonella, Vibrio cholerae, etc.). El pH ligeramente ácido de la piel y de la vagina que ejercen funciones antimicrobianas. Función de la temperatura Muchas especies no son susceptibles a ciertos microorganismos sencillamente porque su temperatura corporal inhibe el crecimiento de éstos. Así, los pollos presentan inmunidad innata al ántrax debido a que su temperatura es demasiado alta para que el patógeno pueda crecer. Sustancias antimicrobianas del organismo La lisozima aparece en muchas secreciones (nasofaringe, lágrimas, sudor, sangre, pulmones, tracto genitourinario...).Beta-lisina, producida por las plaquetas, Espermina en el semen. Secuestro de hierro Que hace que el Fe libre en el organismo sea muy escaso (del orden de 10 -8M). En las células, el Fe está "secuestrado" formando complejos con moléculas como hemoglobina, mioglobina, citocromos, ferritina, etc. En la sangre, el Fe está unido a la transferrina. Sin embargo, algunos patógenos han evolucionado mecanismos para obtener Fe a partir de algunas de estas proteínas: se trata de un tipo de moléculas llamadas sideróforos, que pueden captar Fe a partir de la transferrina. Como ejemplo, la enterobactina de miembros de la familia Enterobacteriáceas. Protección de la microbiota normal La microbiota normal del organismo evita la colonización del hospedador por microorganismos exógenos. Esa es la razón por la que una limpieza exagerada de la piel y de la vagina puede ser causa de infecciones por microbios exógenos. Recuérdese el papel de protección que confiere la bacteria Lactobacillus acidophilus en el hábitat de la vagina. Por otro lado, un

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abuso de antibióticos suministrados por vía oral puede llegar a alterar el equilibrio ecológico de la microflora intestinal. En la piel existen dos tipos principales de "hábitat": La superficie de la piel propiamente dicha es un medio relativamente "hostil", ya que es seca y muy salada, de modo que normalmente sólo la pueden colonizar algunas bacterias bien adaptadas: Micrococcus, Staphylococcus epidermidis, S. aureus. Las glándulas: sudoríparas y sebáceas. En estas últimas, durante la adolescencia se desarrolla el típico acné (espinillas), producido por el ataque de Propionibacterium acnes. La boca posee una población heterogénea de bacterias, donde son importantes los representantes orales del género Streptococcus: S. salivaris (en la lengua), S. mitis (en los carrillos) y S. mutans (en los dientes). Este último es uno de los principales responsables de la placa dental y de la caries. El intestino grueso posee una abundantísima flora microbiana, con una concentración del orden de 1010 bacterias/ml. Funciona como si fuera un quimiostato.

Para saber más: Programa de inmunología de la Universidad de Granada Blog de inmunología Generalidades de la Inmunología

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Transferencia COMPLETACIÓN Se entiende por (inmunidad, resistencia) _________________ el conjunto de mecanismos encargados de defender al cuerpo humano contra microagresores del medio ambiente, evitar el desarrollo de tumores y eliminar sustancias nocivas por el envejecimiento, las infecciones o el trauma. La inmunidad (adquirida, innata)_________________ puede ser (activa, adquirid, innata) ___________________ cuando los anticuerpos se forman en el organismo por contacto con el antígeno sea por enfermedad propiamente dicha o por vacunación. Por ejemplo, el organismo hace (anticuerpos, antígenos, reacción) ________________ contra el sarampión cuando se sufre la enfermedad o cuando se aplica la vacuna. Es muy improbable que una persona sufra dos veces un sarampión.

1.3.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 3 En esta sopa de letras encontrarás conceptos importantes del Capítulo 3, IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS. Responde la pregunta y busca la respuesta en la sopa de letras.

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Bibliografía de la Unidad 1

ARGENBIO. (s.f.). Proteínas recombinantes, Cuaderno No. 49. Recuperado el 6 de mayo de 2010, de Por qué Biotecnología: http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_49.asp BEDOYA RIVAS, L. G. (2008). Análisis del proceso de esterilización con calor húmedo de productos de la salud. Recuperado el 3 de Mayo de 2010, de Biblioteca digital - Universidad Autónoma de Occidente. BROCK, T., SMITH, D., & MADIGAN, M. (2000). Microbiología (Cuarta Edición ed.). Mexico: Prentice Hall Hispanoamericana S.A. COLABORADORES DE WIKIPEDIA. (11 de Julio de 2010). Ácido desoxirribonucleico. Recuperado el 13 de julio de 2010, de Wikipedia: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%81cido_desoxirribonucleico&oldid=38716309 COLABORADORES DE WIKIPEDIA. (5 de mayo de 2010). Ciclo reproductivo de los virus. (l. e. Wikipedia, Ed.) Recuperado el 15 de mayo de 2010, de Wikipedia: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Ciclo_reproductivo_de_los_virus&oldid=36757916 DREYFUS CORTÉS, G. (1995). El mundo de los microbios. (F. d. V., Productor) Recuperado el 6 de Mayo de 2010, de Biblioteca digital Ilce: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/43/html/sec_1.html HERRERO, A. (2008). Las cinanobacterias. Recuperado el 4 de Junio de 2010, de Insituto de biología celuar: http://www.eez.csic.es/~olivares/ciencia/fijacion/cianobacterias.htm IÁÑEZ PAREJA, E. (1999). Curso de Inmuniología General. Recuperado el 6 de Junio de 2010, de Universidad de Granada: http://www.ugr.es/~eianez/inmuno/cap_01.htm IAÑEZ PAREJA, E. (5 de octubre de 2003). Curso de microbiología. Recuperado el 6 de mayo de 2010, de Universidad de Granada: http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/01historia.htm MARTÍNEZ, M. M. (1999). Microbiología (Segunda Edición ed.). Bogotá, Colombia: Unad. MAU INCHAUSTEGUI, S. (Marzo de 2007). Genética Bacteriana. Recuperado el 3 de junio de 2010, de Genética Bacteriana: http://geneticabacteriana.blogspot.com/ MONTOYA VILLAFAÑE, H. H. (2008). Microbiología básica para el área de la salud y afines (Segunda Edición ed.). Medellín, Colombia: Universidad de Antioquia. PELCZAR, M. J., REID, R. D., & CHAN, E. (1977). Microbiología (Segunda Edición ed.). Mexico: McGrawHill Book Co. QUILIS BENAIGES, A. (19 de Agosto de 2005). El microscopio. Recuperado el 3 de junio de 2010, de Mailxmail: http://www.mailxmail.com/curso-microscopio/conceptos VALENCIA ZAPATA, H. A. (2004). Manual de Prácticas de microbiología básica. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

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Resumen de la Unidad 1

La Microbiología es la ciencia que estudia los microorganismos y ha sido desarrollada desde los principios de la humanidad, porque se utilizaba para preparar y conservar los alimenos y para entender el origen de las enfermedades. La Taxonomía se encarga de la clasificación, identificación y nomenclatura de los microorganismos. Según Woose son tres: Archeobacteria o archera, Eubacteria o bacteria y Eucariota o Eucaria. Los virus no son seres vivos. Están formados por una cubierta proteica y un ácido nucleico y sus ciclos de infección en los virus son el ciclo lítico y el ciclo lisogénico. Las formas acelulares de los microorganismos son: los viroides, una forma primitiva de los virus, de menor tamaño y causantes de enfermedades y los priones que son proteínas que se multiplican en la célula hospedera, generando enfermedades como las vacas locas. Las bacterias son seres procariotas, unicelulares y colonizan todos los ecosistemas. Se reproducen de forma asexual por bipartición o º Su reproducción es asexual por gemación, conjugación o bipartición, no presentan mitosis ni meiosis. Los protozoos son seres eucariotas, unicelulares, heterótrofos, con capacidad de movimiento y se clarifican de acuerdo a sus desplazamientos o modo de vida Las algas eucariotas unicelulares son seres fotosintéticos. Realizan la fotosíntesis utilizando distintos tipos de pigmentos. Los hongos son un grupo muy diverso de seres vivos. Son eucariotas, unicelulares o pluricelulares, heterótrofos y sin capacidad de movimiento. Los microorganismos pueden intervenir en procesos industriales, tanto para la producción como para la contaminación de los productos finales.

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2. UNIDAD 2: CRECIMIENTO MICROBIANO Unidad 2: Crecimiento microbiano Palabras claves: Crecimiento microbiano, cinética, parámetros químicos y físicos, parámetros intrínsecos y extrínsecos, bioseguridad, esterilización, desinfección, medios de cultivo, siembra, tinción, recuento. Horas de trabajo académico: El contenido de esta unidad corresponde a un crédito académico, que equivale a 12 horas de acompañamiento tutorial y 36 horas de trabajo independiente Introducción La dispersión tan amplia de los microorganismos en el suelo, aire, agua, sustratos biológicos naturales y medios artificiales de cultivo, con velocidades de reproducción y de crecimiento verdaderamente notables, han obligado a investigar y a aplicar técnicas de manejo y bioseguridad microbiana. El conocimiento de las opciones de control de crecimiento bacteriano implica la identificación de parámetros físicos y químicos que afectan el metabolismo y el crecimiento microbiano, para entender las estrategias y las técnicas aplicadas como se describe en el presente capitulo. Objetivos.  

  

Reconocer los parámetros físicos y químicos que afectan el crecimiento y desarrollo de los microorganismos. Conocer los agentes antimicrobianos que afectan el crecimiento de microorganismos. Entender la importancia de aplicar las prácticas de bioseguridad cuando se trabaja en ambientes expuestos a contaminación microbiana y conocer sus principios. Conocer las bases y comprender las técnicas de cultivo de los microorganismos (bacterias, levaduras, microalgas y dinoflagelados). Diferenciar entre la esterilización y la desinfección y saber cómo y en qué casos aplicar las técnicas.

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Mapa conceptual

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Propósitos  Ilustrar al estudiante para que conozca y aplique en sus actividades profesionales los parámetros para fomentar o evitar el crecimiento microbiano.  Dar a conocer al estudiante los principios de bioseguridad para el trabajo en el laboratorio y los equipos relacionados con el cultivo y control de los microorganismos.  Dar al estudiante los elementos básicos necesarios para poder desarrollar actividades de siembra, tinción y recuento bacteriano  Contribuir al fomento del espíritu investigativo del estudiante a través del desarrollo de competencias básicas, complejas y transversales a partir del estudio sistemático de nociones, conceptos, y problemáticas básicas de la microbiología, cuyo conocimiento es fundamental para el desarrollo de sus actividades profesionales. Metas Al finalizar el curso el estudiante tendrá nociones de control de crecimiento de los microorganismos, de los principios de manejo de equipos y normas de bioseguridad de trabajo en laboratorio y acerca de los cultivos y su manejo.

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2.1. CAPÍTULO 4: CINÉTICA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO Introducción La célula bacteriana es esencialmente una maquinaria de síntesis capaz de duplicarse a sí misma. El proceso de síntesis para el crecimiento bacteriano involucra unas 2000 reacciones químicas de una amplia variedad. Una vez sintetizados los polímeros, el crecimiento continúa con el ensamblaje y formación de nuevas estructuras celulares que finalizan con la división en dos células hijas. En un medioapropiado física y nutricionalmente, un cultivo se reproduce continuamente como células vegetativas, los nutrientes absorbidos y metabolizados permiten crecer al microorganismo. Objetivos  Reconocer los parámetros físicos y químicos que afectan el crecimiento y desarrollo de los microorganismos.  Relacionar los efectos causados por el metabolismo propio de cada microorganismo con su capacidad para sobrevivir en un hábitat determinado.  Establecer la importancia del conocimiento de los parámetros físicos y químicos para establecer prácticas de control orientadas a preservar la calidad de los productos industriales y a asegurar ambientes sanos o no contaminantes para organismos vegetales y animales. Conclusión No se podría manipular con seguridad las diferentes cepas de microorganismos sin conocer los parámetros que afectan la dinámica de su crecimiento.

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2.1.1. Lección 16: Cinética del crecimiento microbiano

El crecimiento microbiano hace referencia al aumento del número de microorganismos a lo largo del tiempo y no al aumento de tamaño de un microorganismo. El aumento del número de microorganismos permite la formación de colonias o de poblaciones. Es por eso que en microbiología el crecimiento se estudia por poblaciones y no en microorganismos individuales. Las bacterias se reproducen generalmente por fisión binaria. El resultado de la fisión binaria son dos células hijas por cada célula madre, así, una célula se divide en dos, dos en cuatro y cuatro en ocho y así sucesivamente. El intervalo de tiempo que transcurre para la formación de dos células a partir de la célula madre se llama tiempo de generación o tiempo generacional y al igual que la tasa de crecimiento o cambio en el número de células por unidad de tiempo, varía en dependencia de las condiciones genéticas de las bacterias y de los factores nutricionales. Si partimos de una célula al cabo de una generación habrá duplicado su número y así sucesivamente en cada generación. Como se puede observar el crecimiento se produce en progresión geométrica y no aritmética. Tabla 3. Tabla de progresión de crecimiento microbiano

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En algunas bacterias como en el caso la E. coli, en condiciones óptimas la duplicación celular se realiza cada 20 minutos, es así como en 10 horas se habrán producido 30 generaciones, es decir mil millones de células bacterianas. A partir de una célula de E .coli, se obtiene al cabo de 10 horas o sea 600 minutos, 600/20=30 generaciones. El número de células entonces sería 230. Figura 33. Aspectos para el cálculo del crecimiento microbiano

Fases del crecimiento bacteriano El incremento en el número de las células en una población se denomina como crecimiento exponencial o logarítmico. Si se inoculan unas bacterias en un medio de cultivo fresco y se cuantifica la población en intervalos de tiempo se puede obtener una curva que represente el crecimiento bacteriano. Figura 34. Curva de crecimiento bacteriano

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La curva puede estar determinada por la comparación del número total de los microorganismos vivos presentes en la población en un período de tiempo. La curva de crecimiento de la población tiene cuatro fases: 1) fase lag o fase de latencia es el periodo de adaptación de los microorganismos a un nuevo ambiente, en este periodo el número de células no se incrementa, sino que se mantiene constante por un largo período que puede durar desde 1 hora hasta varios días. En esta fase las células presentan gran actividad metabólica. Al final de la fase la mayoría de las células aumentan su tamaño. 2) fase log. o logarítmica o de crecimiento exponencial durante este periodo las células se empiezan a dividir en forma constante, la actividad metabólica: respiración celular, la síntesis de proteínas es máxima. El número de células vivas en reproducción es mucho mayor que las células vivas de la población que comienzan a morir. El tiempo generacional es mínimo y constante. Las células muestran su morfología: color agrupación forma entre otras. En el momento final de esta fase y como resultado de la alta tasa de reproducción, comienzan a escasear los nutrientes y el ambiente se torna tóxico por el exceso de productos de desecho. Es el momento en el cual las células son más sensibles a los antimicrobianos o a las radiaciones que pueden intervenir negativamente en su crecimiento. Esta fase se representa por una línea recta ascendente. 3) fase estacionaria, en este periodo se genera un factor limitante del crecimiento, razón por la cual se detiene el crecimiento de los microorganismos, generando una tasa reproductiva igual a la tasa de mortalidad. Si la población no se reproduce ni muere, el número de células permanece constante y la longitud de la fase varía y depende del balance que logren las células con el medio ambiente. Es un periodo de equilibrio. 4) fase de muerte, o de declive logarítmico, en esta fase las células no se reproducen, solo mueren y son destruidas por lisis en forma exponencial a causa del incremento en las cantidades de ácido y otros desechos dañinos en el ambiente.

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Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Este tipo de preguntas consta de un enunciado, problema o contexto a partir del cual se plantean cuatro opciones numeradas de 1 a 4, usted deberá seleccionar la combinación de dos opciones que responda adecuadamente a la pregunta y marcarla en la hoja de respuesta, de acuerdo con la siguiente información: Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas.

La figura muestra el efecto bactericida de varias concentraciones de fenol sobre Escherichia Coli. Revisando el diagrama puedo concluir que: 1. A mayor concentración de bactericida, más rápidamente se eliminan las bacterias de E. Coli. 2. Para conseguir esterilidad debo considerar las diferentes concentraciones y tiempos de contacto entre microorganismos y antisépticos 3. Utilizando una concentración de 4.25 g/l puedo garantizar esterilidad a las 2 horas. 4. Cuando utilizo concentraciones bajas de bactericida debo esperar bastante tiempo para lograr la eliminación de los microorganismos.

2.1.2. Lección 17: Parámetros físicos que afectan el crecimiento y desarrollo de los microorganismos

Los aspectos físicos que influyen de manera determinante en el crecimiento microbiano son: la temperatura, el pH y la presión osmótica. Temperatura: la supervivencia de los microorganismos se presenta normalmente en las temperaturas usuales para el desarrollo de los animales superiores, aunque se da el caso de algunas bacterias resistentes a extremos de frío o de calor. Se puede hablar por consiguiente de una taxonomía microorgánica referida a rangos óptimos de adaptación a la temperatura. Esta clasificación contempla los tres casos siguientes: 109

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Microorganismos psicrófilos adaptados a bajas temperaturas, en términos generales se maneja un rango de 0°C a 20°C como límites normales para su crecimiento. Mesófilos, viven en temperaturas moderadas, en un rango de 20°C a 40°C., los microorganismos mesófilos, son los más comunes. Por ejemplo, la temperatura óptima para la mayoría de las bacterias patógenas se aproxima a los 37°C. Termófilos, soportan altas temperaturas, contemplan como rangos usuales de tolerancia de 40°C. a 80°C. y por consiguiente sus endosporas son normalmente resistentes al calor y sobreviven a los tratamientos térmicos aplicados a conservas enlatadas aunque no crecen a las temperaturas normales de almacenamiento. De todas maneras, el crecimiento se da dentro de ciertos rangos de temperatura, que generalmente comprenden unos límites de tolerancia de unos 30° C. pH Normalmente el pH (acidez o alcalinidad de una solución o medio de crecimiento) de rango neutro (6,5 a 7,5) son los más adecuados para el crecimiento bacteriano y muy pocas bacterias soportan pH inferiores a 4.0. Por esta razón el manejo de la acidez es un recurso para el control microorgánico. Como en el caso de las temperaturas existen algunas bacterias que soportan niveles extremos de acidez, razón por la cual se Las denomina acidófilas. Se conocen bacterias que sobreviven a pH de 1. Los rangos alcalinos generalmente inhiben el crecimiento microbiano. En los ensayos de laboratorio para el cultivo de bacterias se requiere neutralizar los ácidos que producen las bacterias mediante sustancias químicas denominadas tampones. Las sales de fosfato amortiguan la acidez y la mantienen en el rango usual de crecimiento para la mayoría de las bacterias (de 6,5 a 7,5) y de paso aportan el fósforo que es un nutriente necesario. El intervalo óptimo de pH para mohos y levaduras está entre 5,0 y 6,0. Una tabla de rangos de tolerancia a la acidez es la siguiente: Tabla 4. Tabla de clasificación de microorganismos de acuerdo a su tolerancia al pH

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Presión osmótica Los microorganismos están formados por un 80-90% de agua y por consiguiente son fácilmente afectados por soluciones hipertónicas o sea con una concentración de solutos mayor a la de la célula microbiana, razón por la cual esta pierde agua por el efecto conocido como plasmólisis. Por consiguiente la adición de sales o de azúcar produce una contracción celular que evita el crecimiento bacteriano. Sin embargo existen las bacterias llamadas halófilas extremas que requieren alta concentración salina para supervivir (alrededor del 30% de sal). Otro caso es el de las halófilas facultativas que no necesitan altas concentraciones salinas pero pueden soportar concentraciones entre el 2 y el 15% de sal. Se comprende entonces la técnica usada para solidificar los medios de cultivo microbiano con agar, con una concentración del orden del 1,5%. Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Este tipo de preguntas consta de un enunciado, problema o contexto a partir del cual se plantean cuatro opciones numeradas de 1 a 4, usted deberá seleccionar la combinación de dos opciones que responda adecuadamente a la pregunta y marcarla en la hoja de respuesta, de acuerdo con la siguiente información: Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas.

Usted debe eliminar la posibilidad de contaminación de un producto nutritivo (esencialmente proteico y amiláceo) empleado como materia prima para la formulación de un medicamento. Debido a que este producto en particular es inestable a bajos pH y no puede utilizar conservantes ya que afectan la formulación, usted podría: 1. Prevenir el crecimiento microbiano en la materia prima mediante el uso de antimicrobianos. 2. Prevenir el crecimiento microbiano en la materia prima mediante el control de los parámetros extrínsecos de bajas temperaturas y humedad relativa. 3. Prevenir el crecimiento microbiano en los equipos involucrados en el procesamiento mediante el uso del método de esterilización. 4. Prevenir el crecimiento microbiano en la materia prima mediante la acidulación.

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2.1.3. Lección 18. Parámetros químicos que afectan el crecimiento y desaroolo de los microorganismos

Los parámetros químicos, que influyen en el crecimiento de los microorganismos son: el agua, las fuentes de carbono y de nitrógeno, los minerales, el oxígeno y los factores orgánicos del propio microorganismo. Las fuentes de carbono son necesarias para el crecimiento bacteriano ya que este elemento es una estructura básica en todos los compuestos orgánicos que constituyen la célula viva. Por consiguiente los microorganismos obtienen su carbono a partir de compuestos orgánicos (microorganismos quimiheterótrofos), o del bióxido de Carbono (caso de los quimioautótrofos y fotoautótrofos). Nitrógeno, Azufre y Fósforo: en la síntesis de su material celular los microorganismos utilizan el nitrógeno principalmente para formar el grupo amino de los aminoácidos constituyentes de las proteínas. En algunos casos de simbiosis el nitrógeno fijado por bacterias se comparte con ciertas plantas (generalmente leguminosas), lo cual permite aumentar la fertilidad del suelo. El azufre se utiliza generalmente para sintetizar aminoácidos y vitaminas como la timina y la biotina. El fósforo se utiliza en síntesis de ácidos nucleicos y de los fosfolípidos de las membranas celulares. De manera similar los microorganismos necesitan otros elementos como potasio, magnesio, y calcio necesarios para su utilización como cofactores de las enzimas. Por otra parte los microorganismos requieren algunos elementos minerales en cantidades muy pequeñas, como es el caso de los oligoelementos: hierro, cobre, molibdeno y zinc, los cuales son esenciales como cofactores en la actividad enzimática. Oxígeno: los microorganismos aerobios utilizan el oxígeno molecular con el cual producen más energía a partir de los nutrientes. Sin embargo existen microorganismos anaerobios facultativos que utilizan el oxígeno disponible, pero si no lo hay pueden crecer mediante procesos de fermentación o respiración anaeróbica. La bacteria Escherichia coli 112

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y muchas levaduras son anaerobios facultativos. Existen además los anaerobios obligados para los cuales el oxígeno es perjudicial y por consiguiente no lo utilizan. En este caso los átomos de oxígeno de sus componentes celulares los obtiene normalmente del agua. Es comprensible entonces el uso del ión peróxido para el control bacteriano ya que en este caso es una forma tóxica de oxígeno. Agentes antimicrobianos que afectan el crecimiento A partir del descubrimiento de la penicilina se han observado reacciones de inhibición del crecimiento microbiano en medios sólidos por causa de sustancias producidas por otros microorganismos, sustancias que por tal motivo se llaman antibióticos. Algo más de la mitad de los antibióticos de amplio uso son producidos por la bacteria Streptomyces. Otros antibióticos son producidos por bacterias del género Bacillus y algunos son generados por mohos de los géneros Penicillium y Cephalosporium. Espectro de actividad antimicrobiana Los antibióticos presentan cierta selectividad sobre los tipos de células microbianas que pueden afectar, por ejemplo, la penicilina es efectiva contra bacterias Gram Positivas, pero ataca a pocas bacterias Gram Negativas. Los antibióticos que atacan a un alto número de Gram Positivas y Gram Negativas se denominan de amplio espectro y se recurre a ellos cuando no es segura la identidad del patógeno. Desafortunadamente estos antibióticos destruyen gran parte de la flora normal del huésped y aquellos microorganismos patógenos que no son destruidos por el antibiótico pueden atacar más fuertemente al organismo huésped por el desequilibrio de la flora. Selección de fármacos antimicrobianos Los principales criterios para determinar el valor de un agente antimicrobiano o fármaco antibiótico son los siguientes: • Toxicidad selectiva: que ataque al microorganismo pero no al huésped o si son ligeramente tóxicos, que no alcancen a interferir significativamente con las funciones normales del organismo • Que no produzca alergias o hipersensibilidad ante el sistema inmunitario. • Que sea soluble en los fluidos corporales, con lenta degradación y buen tiempo de permanencia en el organismo para lograr el efecto antibiótico. Debe mantenerse en buenas condiciones mediante refrigeración. • Que no produzcan fácil resistencia en los microorganismos.

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Mecanismo de acción de los antibióticos o agentes antimicrobianos Los agentes bactericidas eliminan las bacterias y los agentes bacteriostáticos solo impiden su crecimiento, contribuyendo a que las propias defensas del huésped destruyan a los microorganismos patógenos. Los principales mecanismos antibióticos son los siguientes: • Inhibición de la síntesis de la pared celular. Algunos antibióticos interfieren con las síntesis del peptidoglucano necesario para la construcción de la pared celular de bacterias Gram positivas y Gram Negativas. De esta manera la pared celular de bacteria patógena se debilita y no puede crecer normalmente. • Inhibición de la síntesis de proteínas. Algunos antibióticos como el cloranfenicol, la Eritromicina y las Tetraciclinas inhiben la síntesis de proteínas en ciertos tipos de ribosomas de las bacterias patógenas y de esta manera se anula su actividad fisiológica. • Alteración de la membrana citoplasmática. Antibióticos como la polimixina B dañan la permeabilidad de la membrana citoplasmática y otros fármacos antifúngicos como la Nistatina, Anfotericina B y Ketoconasol desorganizan la membrana citoplasmática causando la destrucción celular al liberar el contenido citoplasmático. • Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos. Este tipo de acción evita el desarrollo normal del microorganismo, pero tiene un efecto tóxico en el ADN y ARN de los mamíferos, como es el caso del antivírico idoxuridina. Son más selectivamente tóxicos para las bacterias, afectando menos al huésped la Rifampicina y el ácido nalidixico. • Inhibición de la actividad enzimática. Algunos antibióticos son antimetabolitos que por su parecido al sustrato normal de una enzima necesaria en la producción de ácido fólico interfieren con esta síntesis y detienen el crecimiento del microorganismo. Es el caso de la sulfanilamida. Otros agentes de acción similar son las sulfotas el Timetropin.

Transferencia Los agentes bactericidas eliminan las bacterias y los agentes bacteriostáticos solo impiden su crecimiento. Antibióticos como la tetraciclina y la estreptomicina son potentes bactericidas su mecanismo de acción se basa en: A Alteración de la membrana citoplasmática B Inhibición de la síntesis de proteínas C Inhibición de la síntesis de la pared celular D Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos

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2.1.4. Lección 19: microorganismos

Parámetros

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afectan

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supervivencia

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los

De todos los microorganismos presentes en un alimento sólo algunos son capaces de multiplicarse activamente sobre éste. Los tejidos vegetales y animales, que constituyen la base de los alimentos, tienen bien desarrollados ciertos mecanismos de defensa frente a la invasión y proliferación de los microorganismos. Si se tiene en cuenta este fenómeno natural, se puede prevenir o retardar la alteración microbiológica de todos sus productos derivados. Existen una serie de parámetros entre los cuales los más importantes son los intrínsecos y extrínsecos que determinan lo que se denomina resistencia a la colonización de un alimento. Parámetros intrínsecosEstos parámetros están relacionados directamente con los constituyentes de los tejidos vegetales y animales. Actividad de agua (aw) Los microorganismos requieren la presencia de agua, en una forma disponible, para que puedan crecer y llevar a cabo sus funciones metabólicas. Actualmente, las necesidades de los microorganismos en agua se expresan en términos de actividad de agua del medio ambiente, que se define como la relación entre la presión del vapor de agua del sustrato y la presión de vapor del agua pura a la misma temperatura. La aw de la mayoría de alimentos frescos es superior a 0.99. Esta puede reducirse aumentando la concentración de solutos en la fase acuosa de los alimentos mediante la extracción del agua o mediante la adición de solutos. Uno de los métodos más antiguos utilizados por el hombre para conservar los alimentos ha sido la desecación basada en la reducción de la aw, durante el curado y el salazonado. La conservación es una consecuencia de la eliminación del agua, sin la cual los microorganismos no pueden crecer. Igualmente ocurre en el almíbar y otros alimentos azucarados, donde los solutos añadidos disminuyen la aw.

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Un pequeño descenso de la aw es, a menudo, suficiente para evitar la alteración del alimento, siempre que esta reducción vaya acompañada por otros factores antimicrobianos. La mayoría de las bacterias y hongos crece bien a aw entre 0,98 y 0,995; a valores más bajos la velocidad de crecimiento y la masa celular disminuyen, a la vez que la duración de la fase de latencia aumenta hasta cesar el crecimiento. Algunos tipos de microorganismos son capaces de crecer en condiciones de alto contenido de sal (baja aw); cuando tienen la capacidad de supervivencia a baja aw, o sea, en medios hipertónicos se les denominan osmófilos, xerófilos si tienen capacidad de crecer en ambientes con baja humedad y halófilos si crecen en ambientes con alta concentración de sales. La baja aw reduce también la tasa de mortalidad de las bacterias, ya que una baja aw puede protegerlas durante tratamientos térmicos. pH La mayoría de los microorganismos crecen a pH entre 5 y 8 unidades, aunque en general los hongos y las levaduras son capaces de crecer a pH más bajos que las bacterias. Puesto que la acidificación del interior celular conduce a la pérdida del transporte de nutrientes, los microorganismos no pueden generar más energía de mantenimiento y, a una velocidad variable según las especies, se produce la muerte celular. En general, la presencia de ácidos en el alimento produce una drástica reducción de la supervivencia de los microorganismos. Los ácidos fuertes (inorgánicos) producen una rápida disminución del pH externo, aunque su presencia en la mayoría de los alimentos es inaceptable. Los ácidos orgánicos débiles son más efectivos que los inorgánicos en la acidificación del medio intracelular debido a que es más fácil su difusión a través de la membrana celular en su forma no disociada (lipofílica); posteriormente se disocian en el interior de la célula inhibiendo el transporte celular y la actividad enzimática. La actividad antimicrobiana de un ácido orgánico o de su éster se debe a las moléculas no disociadas de este compuesto por ser las formas moleculares más solubles en las membranas celulares; es por esto que sólo los ácidos orgánicos lipofílicos tienen actividad antimicrobiana. Estos compuestos inhiben el crecimiento de los microorganismos o los matan por interferir con la permeabilidad de la membrana celular, al producir un desacoplamiento del transporte de substratos y del transporte de electrones de la fosforilación oxidativa; como consecuencia de esto las bacterias no pueden obtener energía y mueren. La mayoría de los ácidos orgánicos resultan poco eficaces como inhibidores del crecimiento bacteriano a los valores de pH de 5.5 a 5.8 unidades y son más eficaces a

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altas concentraciones y a pH más bajos. De todos los ácidos orgánicos el más efectivo como agente antimicrobiano es el acético. Potencial redox Desde hace mucho tiempo se sabe que los microorganismos presentan diferentes grados de sensibilidad al potencial de oxido reducción, hecho que se ha observado especialmente en los medios de cultivo. Se piensa que el potencial redox es un factor selectivo importante en todos los ambientes, incluidos los alimentos, que probablemente influye en los tipos de microorganismos presentes y en su metabolismo. El potencial redox indica las relaciones de oxígeno de los microorganismos vivos y puede ser utilizado para especificar el ambiente en que un microorganismo es capaz de generar energía y sintetizar nuevas células sin recurrir al oxígeno molecular: los microorganismos aerobios requieren valores redox positivos y los anaerobios negativos. Cada tipo de microorganismo sólo puede vivir en un estrecho rango de valores redox. Entre las sustancia que ayudan a mantener en los alimentos condiciones de reducción se encuentran los grupos –SH presentes en las carnes y el ácido ascórbico y los azúcares reductores en las frutas y verduras. El potencial redox de un alimento se determina por: 1) el potencial característico de óxido reducción del alimento original, 2) la capacidad de equilibrio, que es la resistencia del alimento a variar su potencial, 3) la tensión de oxígeno de la atmósfera que envuelve al alimento y 4) la posibilidad de acceso de la atmósfera al alimento. Nutrientes Los microorganismos requieren para su desarrollo los siguientes elementos: agua, fuentes de energía, fuente de nitrógeno, vitaminas y otros factores de crecimiento y minerales. Los hongos tienen las necesidades de agua más reducidas, seguidos de las levaduras, bacterias gram negativas y bacterias gram positivas. Los microorganismos pueden utilizar azúcares, alcoholes y aminoácidos como fuente de energía. Algunos de ellos son capaces de emplear la energía de carbohidratos complejos, como almidones y celulosa, ya que tienen la capacidad de degradar estos compuestos hasta azúcares sencillos. También las grasas son utilizadas como fuentes de energía, aunque sólo un número relativamente pequeño de los microorganismos de los alimentos son capaces de degradarlos.

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Los aminoácidos constituyen la fuente primaria de nitrógeno para los organismos heterotróficos. Un gran número de otros compuestos nitrogenados también pueden cumplir esta función con relación a las diversas clases de organismos. Por ejemplo, ciertos microorganismos son capaces de utilizar nucleótidos y aminoácidos libres, mientras que otros emplean péptidos y proteínas. En general, la mayoría de los microorganismos utilizan compuestos simples como los aminoácidos, antes de tener que desdoblar compuestos más complejos, como las proteínas de alto peso molecular. Ocurre lo mismo con los polisacáridos y grasas. Los microorganismos pueden requerir vitaminas del grupo B en pequeñas cantidades. La mayor parte de los alimentos naturales las poseen en abundancia y se las facilitan a aquellos organismos incapaces de sintetizarlas. En general, las bacterias gram positivas tienen menor capacidad sintetizadora y por ello necesita de uno o varios de estos compuestos de los alimentos. Las bacterias gram negativas y los hongos pueden sintetizar la mayor parte de sus requerimientos, por lo cual estos dos grupos de organismos pueden proliferar en alimentos pobres en vitaminas del grupo B. Las frutas tienen un contenido en vitaminas del grupo B más escaso que las carnes y este hecho, junto con su habitual pH bajo y su potencial redox positivo, explica que es más frecuente la alteración de las frutas por hongos que por bacterias. Figura 35. Esquema de los parámetros de crecimiento microbiano

Esquema elaborado por la Dra. Carmen Eugenia Piña

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE RELACIÓN Este tipo de preguntas consta de dos proposiciones así: Una Afirmación y una Razón, unidas por la palabra PORQUE. Usted debe examinar la veracidad de cada proposición y la relación teórica que las une. Para responder este tipo de preguntas, debe leerla completamente y señalar en la hoja de respuesta, la elegida de acuerdo con las siguientes instrucciones: Marque A si la afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque B si la afirmación y la razón y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque C si la afirmación es VERDADERA, pero la razón es una proposición FALSA. Marque D si la afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

El oxígeno es indispensable para el crecimiento de los microorganismos PORQUE se puede clasificar de acuerdo al parámetro anterior como aerobios, anaerobios, anaerobios facultativos y microaerófilos.

2.1.5. Lección 20. Mecanismos de Control para el crecimiento microbiano

Componentes antimicrobianos La estabilidad de ciertos alimentos frente al ataque microbiano se debe a la presencia en los mismos de determinadas sustancias que poseen actividades antimicrobianas. Por ejemplo, el complejo de lactoperoxidasa de la leche cruda es activo frente a algunos estreptococos; la lisozima que está presente en la clara de huevo contiene ácido benzoico, ácido orgánico que poseen actividad antimicrobiana. Los lípidos y aceites esenciales, especialmente el eugenol del clavo y el aldehído cinámico de la canela, poseen propiedades antimicrobianas. La cubierta natural de algunas materias primas y alimentos proporcionan una excelente protección contra la entrada y subsiguiente ataque de los organismos productores de alteraciones. Entre estas estructuras encontramos la membrana de las semillas, la cubierta externa de los frutos, la cáscara de las nueces, la piel de los animales y la cáscara de los huevos.

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En el caso de las nueces, la cáscara o cubierta es suficiente para impedir la entrada de cualquier organismo. Por supuesto, una vez agrietada la cubierta, los hongos pueden atacar su contenido. Si la cáscara externa y las membranas del huevo están intactas, son capaces de impedir la entrada de casi todos los microorganismos, siempre y cuando se conserven en condiciones de humedad y temperaturas adecuadas. Las frutas y verduras con las cubiertas lesionadas se alteran mucho más rápidamente que las sanas. El epitelio externo de los peces y el de otros animales como el cerdo y el buey, resiste la contaminación y deterioro porque se desecan con más rapidez que las superficies recientemente cortadas. Parámetros extrínsecos Estos parámetros constituyen todas aquellas propiedades del medio ambiente en el que se conservan los alimentos que pueden llegar a afectar, tanto a éste como a los microorganismos. Entre los más relevantes para aquellos microorganismos que se transfieren a través de los alimentos se encuentran: • La temperatura de almacenamiento; • Las Sales de curado y sustancias análogas, • La radiación: ultravioleta, ionizante • La presencia y concentración de gases en el medio ambiente. Temperatura Es uno de los factores ambientales que más influye en el crecimiento de los microorganismos. Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de las reacciones enzimáticas hasta una cierta temperatura a la cual las proteínas, DNA y otras macromoléculas son sensibles y se desnaturalizan. Los microorganismos se desarrollan y crecen dentro de un amplio límite de temperatura. Cada microorganismo tiene una temperatura mínima, óptima y máxima de crecimiento. La temperatura óptima siempre está más cerca de la temperatura máxima que de la mínima. Según su comportamiento frente a la temperatura, los organismos pueden ser: termófilos, la temperatura óptima para su crecimiento es de 55-75º C; mínimas 40 – 45º C , máximas 60 - 90º C , mesófilos, la temperatura óptima para su crecimiento es de 30 - 45ºC , Mínimas 5 – 15º C , máximas 35 - 47º C psicrófilos, la temperatura óptima para su crecimiento es de 15-20º C Mínimas -5 – +5º C , máximas 15 - 20º C.

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Entre las cepas de bacterias psicrófilas se encuentran: Alcaligenes, Corynebacterium, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Pseudomonas y Streptococcus. Estos microorganismos se reproducen a temperaturas de refrigeración y causan alteraciones en carnes, aves, pescados, huevos y alimentos que se conservan a bajas temperaturas. Los recuentos en placa de microorganismos vivos en estos alimentos son por lo general superiores si se incuban a 7°C por 7 días por lo menos, que cuando la incubación se hace a 30°C o más. Los géneros de mesófilos se encuentran igualmente en alimentos que se conservan a temperaturas de refrigeración. Aparentemente no crecen a bajas temperaturas, pero se pueden reproducir si se dan las condiciones adecuadas. La mayor parte de los termófilos, se encuentran en los géneros Bacillus y Clostridium. Son pocas las especies, pero tienen gran importancia por su gran incidencia en la industria de alimentos. Los hongos también son capaces de crecer dentro de los límites más extensos. Muchos proliferan a temperatura de refrigeración, especialmente algunas cepas de Aspergillus, Cladosporium y Thanadium y pueden desarrollarse en los huevos, en la superficie de la carne y en las frutas. Las levaduras, por su parte, crecen a temperaturas similares a las de los psicrófilos y mesófilos, pero generalmente no lo hacen a la temperatura de los termófilos. Se debe tener en cuenta que la temperatura de refrigeración no siempre es la óptima para la conservación de alimentos. Para algunos alimentos, por ejemplo el plátano, la temperatura óptima de almacenamiento se encuentra entre los 13 y 17°C. El éxito al elegir la temperatura de almacenamiento para cada tipo de alimento depende también en gran parte de otros factores como la humedad relativa del medio y la presencia o ausencia de gases como el dióxido de carbono y el ozono. Sales de curado y sustancias análogas Las sales de curado son básicamente el cloruro sódico y los nitratos o nitritos de sodio y potasio. Estos productos se utilizan para modificar el color, aroma, textura y sensibilidad al crecimiento microbiano de los alimentos. A las concentraciones y bajo las condiciones corrientemente utilizadas, los agentes de curado no causan una destrucción microbiana rápida, más bien retrasan o previenen el desarrollo de los microorganismos perjudiciales de los productos sin tratar y el de los termotolerantes no esporulados, evitando el desarrollo de las esporas que sobreviven a los tratamientos térmicos drásticos que se aplican a ciertos productos curados. 121

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Se desconoce el mecanismo exacto de la inhibición de las bacterias por el nitrito que, aunque no previene la germinación de las esporas, evita su desarrollo. Radiación La radiación ultravioleta produce una disminución exponencial en el número de células vegetativas o de esporas vivas, según el tiempo de irradiación. Actualmente no existe mucha información referente a la susceptibilidad de las diferentes especies microbianas a la radiación U.V.; por ejemplo, diferentes cepas de una misma especie pueden tener una resistencia distinta a este tipo de radiación. El mayor valor del tratamiento con radiaciones U.V. se encuentra en la purificación del aire y del agua, aunque también pueden aplicarse para esterilizar superficies de alimentos o para el equipo de los manipuladores de alimentos. Radiación Ionizante La radiación ionizante o rayos beta es generada por una fuente de energía eléctrica sin fuentes ni residuos radioactivos. La radiación ionizante es altamente letal; su dosis puede ajustarse para producir efectos pasteurizantes o esterilizantes y su poder de penetración es uniforme. Es letal por destrucción de moléculas vitales de los microorganismos sin producción de calor, por lo que los alimentos tratados con radiación ionizante se conservan frescos; actúa principalmente a nivel de ADN. La sensibilidad a la radiación de los microorganismos difiere según las especies e incluso según las cepas, aunque las diferencias de resistencia entre cepas no son considerables. Las bacterias Gram-negativas son generalmente más sensibles a la irradiación que las Gram-positivas y las esporas son aún más resistentes. En general, la resistencia de los hongos a la radiación ionizante es del mismo orden que la de las formas vegetativas bacterianas. Los virus son aún más resistentes que las bacterias a esta radiación. Gases como conservadores Diversos gases y vapores naturales o artificiales destruyen o inhiben los microorganismos. El nitrógeno se usa con frecuencia en el envasado y almacenamiento de los alimentos pero su fin primario no es la inhibición de los microorganismos. La adición de nitrógeno como gas inerte permite conservar las propiedades organolépticas de los alimentos al evitar su deterioro químico. Al envasar el alimento con atmósferas protectoras de nitrógeno se evitan las alteraciones bacterianas en los alimentos, al evitar la proliferación de las mismas. La inyección de nitrógeno el líquidos como jugos, jarabes, zumos, leche vinos y aceites elimina el oxígeno, de esta manera se consigue una atmósfera libre de oxígeno retardando la acción de hongos y bacterias.

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El hidrógeno se utiliza en alimentos como aceites y ácidos grasos para modificar propiedades físico-químicas como punto de fusión, olor y color. El CO2 inhibe el crecimiento de microorganismos sobre los alimentos con mayor eficiencia cuanto menor es la temperatura. Este efecto se manifiesta tanto en bacterias como en hongos por un incremento de la fase de latencia y del tiempo de generación durante la fase logarítmica. Los hongos y las levaduras son más resistentes al CO 2 que las bacterias (las Gram-negativas más sensibles que las Gram-positivas). El dióxido de azufre (SO2) se emplea como antifúngico.

Para saber más: Factores químicos para el control de microorganismos: Microbiología clínica, Control de microorganismos: Producción de penicilina

Esterilización y desinfección Se define esterilidad a la condición de ausencia de cualquier microorganismo. Significa destrucción de toda forma de vida microbiana incluyendo esporas. Los métodos de esterilización más usados en el laboratorio son calor seco, calor húmedo, flameado, utilización de soluciones químicas. La desinfección se refiere a la reducción de los organismos patógenos (organismos que ocasionan enfermedades). Los desinfectantes de acuerdo a su composición química se clasifican en: Fenoles, Hipocloritos (cloro), Yodoformos (yodo Povidona), Amonio Cuaternario, Formaldehídos, Peróxidos. Los desinfectantes pueden ser de bajo nivel, de nivel intermedio o de alto nivel. Los desinfectantes de bajo nivel (Fenoles, amonio cuaternario) pueden destruir la mayor parte de las formas vegetativas bacterianas, tanto grampositivas como gramnegativas, algunos virus (virus con envoltura lípidica) y hongos (levaduras), pero no Mycobacterium spp, ni las esporas bacterianas. Los desinfectantes de nivel intermedio consiguen inactivar todas las formas bacterianas vegetativas, incluyendo Mycobacterium tuberculosis, la mayoría de los virus (virus con y sin envoltura) y hongos filamentosos, pero no destruyen necesariamente las esporas bacterianas. En cambio, los desinfectantes de alto nivel (formaldehídos, peróxidos, hipocloritos) consiguen destruir todos los microorganismos, excepto algunas esporas bacterianas. 123

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Calor seco que se efectúa en estufas de aire seco u hornos Pasteur y se manejan temperaturas entre 160 – 180°C, por un espacio de dos horas aproximadamente. Este método se utiliza para esterilizar el material de vidrio generalmente: tubos, cajas de Petri, pipetas y erlenmeyers. No se debe emplear para esterilizar medios de cultivo o agua pues se evaporan hasta secarse. Previo al horneado el material de vidrio se recubre con papel Kraft y se sella con cinta indicadora de esterilidad, una vez realizado el proceso de esterilización se revisa la cinta la cual debe tornarse de color café oscuro lo que indica una correcta esterilización. El calor seco también se utiliza para secar material de vidrio como tubos y pipetas, este material se deja en el horno por dos horas a 60°C. Las láminas y laminillas se secan con un trapo suave. Los demás materiales se secan a temperatura ambiente. Calor húmedoen autoclave se utiliza para esterilizar medios de cultivo preparados, escobillones, gasas entre otros. Adicionalmente se tiene otra autoclave para descontaminar cultivos antes de ser desechados. El autoclave es un recipiente en el que se consigue exponer el material a esterilizar a temperaturas superiores a la de ebullición del agua, gracias al aumento de la presión. El autoclave se opera a presión de 15 lb. y a 121°C. El tiempo de exposición depende del material y volumen que se esterilice, pero en general esta comprendido entre 15 y 30 minutos. Manejo de la autoclave 

Verificar que la autoclave este apagada (off). Retirar la olla de aluminio y la rejilla del recipiente de esterilización.



Llenar el tanque de agua hasta el nivel indicado (aproximadamente hasta una altura de 2 pulgadas) cubriendo la resistencia. Usar agua destilada para evitar que los sistemas de abastecimiento de agua se obstruyan.



Llenar la olla de aluminio con el material a esterilizar de tal manera que el aire pueda circular durante el proceso de esterilización. Cubrir los elementos con toalla de papel para absorban la humedad que pueda caer de la cubierta.



Colocar la rejilla, luego la olla de aluminio con el material a esterilizar en el interior de la autoclave.



Colocar la tapa sobre el contenedor de la autoclave de manera que la flecha de la cubierta y el contenedor coincidan, luego insertar el tubo flexible de salida de aire en el canal que está situado en el interior de olla de aluminio.



Ajustar y cerrar los pernos para evitar desajustes. Nota: siempre que se cierre un perno debe cerrarse luego el opuesto al cerrada.

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Colocar el botón de control del termostato en alto y el interruptor en encendido (on).

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Abrir la válvula de control por 5 minutos para que el vapor que se genere en el fondo del recipiente sea expulsado y la presión aumente. Verificar en el manómetro



Cuando la presión este en 18 a 20 lb/pulg2 (p.s.i) controle la temperatura con el botón del termostato manteniéndolo en la posición bajo (low)



Encender la autoclave (on).



Mantener el tiempo de esterilización requerido) mínimo 15 minutos). Cuando el reloj llegue a cero el ciclo de esterilización habrá finalizado. Apagar la autoclave y finalmente abrir la válvula para igualar presiones.

El desecho de material de cultivo se realiza diariamente previo al lavado del material, autoclavando todos los desechos biológicos y los recipientes que los contengan a 121°C por una hora. Posteriormente el contenido líquido de estos recipientes se descarta en la tubería, dejando caer abundante agua. El contenido sólido se coloca en bolsa roja la cual debe ser sitio de almacenamiento temporal por un máximo de 5 días. Flameado usado principalmente para asas, es otro método de esterilización común usado en el laboratorio. Consiste en poner el asa con la cual se va a hacer el cultivo, durante unos minutos en la llama del mechero. Empleo de soluciones químicas: para superficies, equipos, mesas y lavamanos se debe preparar hipoclorito de sodio al 5% a 500 ppm. Para obtener esta solución se mezclan 10 ml de hipoclorito con 990 ml de agua y se obtiene un total de 1 litro de dilución. El lavado del material de laboratorio se debe realizar a diario, utilizando hipoclorito de sodio a 5.000 ppm. y extran alcalino o neutro dependiendo de la clase de material. El material se debe dejar en esta solución durante 2 o 3 horas. Posteriormente se procede al lavado por separado y en diferentes condiciones de acuerdo al material, todo realizado con los elementos de aseo y protección personal requeridos. Láminas y laminillas se limpian con un cepillo. Tubos y pipetas se deben limpiar con churrusco. Cada elemento se enjuaga con agua fría. El material lavado se sumerge en un recipiente con agua destilada y posteriormente se pone a escurrir. Después de lavado el material se realiza la prueba de Azul de Bromotimol. Esta prueba consiste en seleccionar al azar diferentes elementos lavados y agregar 3 gotas de azul de Bromotimol 0.1% y observar si se desarrolla un cambio de color. El viraje a color azul indica la presencia de detergente residual, en cuyo caso se vuelve a lavar el material y se realiza nuevamente la prueba. El no desarrollo de color indica que el material ha sido lavado correctamente. 125

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Tranferencia

1. En la tabla vemos la resistencia de las esporas bacterianas, mohos y virus, en relación con la resistencia de la Escherichia coli como unidad. De los datos podemos concluir que:

A. B. C. D.

Las células jóvenes por su intenso metabolismo, son más susceptibles que las viejas a la acción de agentes bactericidas. La luz ultravioleta es el mejor método de controlar microorganismos Las esporas bacterianas se pueden eliminar con calor seco y luz ultravioleta El formaldehido a determinada concentración controla mejor a esporas bacterianas que a los virus.

Lecturas complementarias para estudiantes de Ingeniería de Alimentos. La conservación de alimentos es un proceso que aprovecha los factores físicos y químicos para el control del crecimiento bacteriano en calidad de parámetros intrínsecos y extrínsecos que se tiene en cuenta para desarrollar tratamientos que previenen o inhiben la presencia y la reproducción microbiana. Una vez un microorganismo se ha establecido en un sustrato, como por ejemplo en un alimento, pueden producirse cambios tanto en éste como en el microorganismo. Estos cambios generan diversas reacciones que afectan el crecimiento y desarrollo del microorganismo, ya sea aumentando o disminuyendo su tasa crecimiento, y algunas veces ocasionando su muerte. Para saber más: Microorganismos en la industria de alimentos Contaminación alimentaria y control sanitario Control de alimentos con salmonella

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Lecturas complementarias para estudiantes de Ciencias Agrarias. En este campo de la actividad humana encontramos algunos causantes de enfermedades de los cultivos y los animales, las bacterias y los hongos que contribuyen a la fertilidad de los suelos.En las fincas los agricultores reconocen el papel que desempeñan los microorganismos del suelo como formadores de humus y fijadores de nitrógeno. Actualmente se utilizan también como control biológico.

Para saber más: Microorganismos del suelo beneficiosos para los cultivos: Solarización del suelo como un componente del manejo integrado de plagas, Control biológico de plagas y enfermedades, Microbiología del suelo

Lecturas complementarias para estudiantes de Regencia de Farmacia. Un suceso importante en el desarrollo de la microbiología fue la producción de penicilina a partir del hongo Penicillium. Aunque inicialmente fue un proceso a pequeña escala, desarrollado por Howard Florey y sus colaboradores durante la II Guerra Mundial, poco después se consiguió producir penicilina en grandes cantidades, al tiempo que se utilizaban otros microorganismos para obtener una gran variedad de antibióticos, como la estreptomicina. Hoy en día, la biotecnología es la principal herramienta para la obtención de nuevos antibióticos que sean activos frente a las bacterias patógenas resistentes a una gran gama de antibióticos. También resulta de gran utilidad la aplicación de la ingeniería genética en microorganismos para sintetizar antibióticos sintéticos, es decir, ligeramente diferentes de aquellos obtenidos de forma natural. Conjuntamente han llegado a "programar" bacterias con objeto de obtener distintos tipos de drogas que, de otra forma, estos microorganismos no podrían fabricar. La insulina humana, necesaria para el tratamiento de la diabetes, es un claro ejemplo de esta metodología, ya que está producida por bacterias en las que se ha introducido, mediante ingeniería genética, el gen que codifica la síntesis de esta hormona. A diferencia de las hormonas producidas por cerdos y vacas, esta hormona es idéntica a la secretada por el páncreas humano. Igualmente, la hormona del crecimiento humano, utilizada para el tratamiento de niños con deficiencias en su producción, y que de otro modo no podrían alcanzar una estatura normal, también se obtiene a partir de bacterias en las que se ha insertado una copia del gen humano. Este sistema, como en el caso anterior, también presenta ventajas frente a la obtención de la hormona a partir de cadáveres, ya que se

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evita el riesgo de contaminación con priones, agentes causantes de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Otros productos farmacéuticos generados a partir de microorganismos manipulados genéticamente incluyen, el interferón para el tratamiento de algunas hepatitis y ciertos cánceres, y la eritropoyetina, que se suministra a pacientes sometidos a diálisis para reponer los eritrocitos perdidos durante este proces Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: No es lo mismo un alimento contaminado que un alimento deteriorado ya que cuando un alimento se encuentra deteriorado sus cualidades, olor, sabor, aspecto, se reducen o anulan, pudiéndose apreciar por medio de los sentidos (vista, olfato, gusto, tacto) POSTULADO I:La contaminación por alimentos, debido a que no se puede percibir por el gusto o por el olfato, es extremadamente peligrosa y puede causar enfermedades graves e incluso la muerte. POSTULADO II: Un alimento contaminado puede parecer completamente normal, por eso es un error suponer que un alimento con buen aspecto está en buenas condiciones para su consumo, ya que puede estar contaminado por bacterias.

2.1.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 4

Para saber más TIPOS DE INMUNIDAD:http://www.lourdes-luengo.org/actividades/175tipos_inmunidad.htm ANTÍGENOS Y ANTICUERPOS: http://www.lourdes-luengo.org/actividades/173antigenos_anticuerpos.htm LA RESPUESTA INFLAMATORIA:http://www.lourdes-luengo.org/actividades/172respuesta_inflamatoria.htm

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2.2. CAPÍTULO 5: BIOSEGURIDAD Y EQUIPOS PARA LA PRÁCTICA DE LA MICROBIOLOGÍA Introducción Las normas de bioseguridad son un conjunto de medidas preventivas destinadas a proteger la salud y seguridad de las personas que realizan actividades en el laboratorio frente a riesgos procedentes del manejo de agentes biológicos, físicos o químicos. Objetivos  Identificar métodos y técnicas para la observación cuantitativa de poblaciones microbianas  Aplicar criterios disciplinares para la intervención segura en ambientes de laboratorio  Conocer los equipos utilizados en el laboratorio  Recordar las bases de funcionamiento del microscopio

Conclusión La bioseguridad en el manejo microbiológico, además de ser un requerimiento científicamente fundamentado, constituye un compromiso ético para todo microbiólogo.

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2.2.1. Lección 21. Normas de bioseguridad

Normas de Bioseguridad En el laboratorio de Microbiología todas las áreas deben estar debidamente marcadas con la señal de riesgo biológico y su nivel de contención. Se deben utilizar siempre elementos de barrera apropiados según las necesidades: blusa blanca limpia y en buen estado, guantes, tapabocas, gorro y gafas protectoras. No se debe pipetear con la boca. El pipetear líquidos con la boca es una práctica inadecuada y altamente riesgosa. Deben utilizarse pipetas mecánicas para evitar cualquier riesgo de contaminación oral. Todas las pipetas deben tener tapones de algodón para reducir la contaminación de los dispositivos de pipeteo. Las pipetas contaminadas deben sumergirse en un recipiente irrompible con hipoclorito de sodio al 5% a 5000 ppm durante 18 – 24 horas. En la zona de trabajo del laboratorio no se debe comer, beber, fumar, guardar alimentos ni aplicar cosméticos. No se deben llevar a la boca lápices, etiquetas o cualquier otro material utilizado en el laboratorio. Para evitar esto acostumbre el uso de tapabocas. Se debe mantener el laboratorio limpio y aseado. Una vez concluida la práctica, se debe organizar el laboratorio, desinfectando la superficie de trabajo con hipoclorito de sodio a 500 ppm o alcohol y dejando tanto el material como el equipo utilizado limpio y en el lugar adecuado. Se deben lavar las manos después de haber manipulado material infeccioso, así como al abandonar el laboratorio. Todos los materiales, muestras y cultivos contaminados se deben descontaminar antes de eliminarlos o de limpiarlos para su reutilización. Se deben introducir en bolsas de plástico de cierre hermético con código de color, para esterilizar en autoclave o incinerar fuera del laboratorio. Sólo se debe permitir el paso a la zona de trabajo del laboratorio a las personas autorizadas. Durante el trabajo se mantendrán cerradas las puertas del laboratorio. Todo el personal debe poner especial cuidado en evitar el contacto de la piel con materiales 130

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potencialmente infecciosos. Con este fin deben usarse guantes cuando se manipulen muestras o cultivos que contengan posibles patógenos. Los guantes deben ser desechados antes de salir del área de trabajo. Jamás se debe salir de la misma con los guantes puestos, ni con ellos se debe coger el teléfono. Si un cultivo líquido se voltea o salpica, se debe cubrir el área con hipoclorito de sodio a 10.000 ppm y avisar al instructor. Posteriormente se debe enjuagar las manos con jabón y agua. Marque y rotule adecuadamente las láminas, cajas y tubos con las siembras realizadas. Estos deben llevar claramente escrito en un lugar visible, el nombre o identificación del grupo de trabajo, el ensayo o experiencia realizada, el medio de cultivo, la temperatura de incubación y la fecha. A la terminación de cada práctica es indispensable que organice adecuadamente las cajas o tubos por incubar y los entregue según instrucciones. Es importante conocer los agentes, sustancias y productos peligrosos que existen en el laboratorio. de igual manera el manejo de cada uno de los equipos existentes en el laboratorio. El transporte de las muestras dentro o entre laboratorios se debe realizar de tal manera que, en caso de caída, no se produzcan salpicaduras. Lo recomendable es hacerlo en cajas herméticas o neveras transportables. Estas cajas o neveras deben ser rígidas y resistentes a los golpes, contar con materiales absorbentes en su interior y de fácil desinfección. Se deben etiquetar o identificar de forma oportuna y no deben ser utilizadas para otros fines. Bajo ningún concepto se pueden transportar las muestras a mano. En la nevera no deben almacenarse cultivos de microorganismos patógenos por inhalación en recipientes que no estén convenientemente cerrados. No deben almacenarse reactivos que contengan compuestos volátiles inflamables (éter etílico, por ejemplo) en neveras que no posean un sistema de protección antideflagración. Los productos inflamables (gases, alcohol, éter, etc.) deben mantenerse alejados de las llamas de los mecheros. Si hay que calentar tubos de ensayo con estos productos, se hará al baño María, nunca directamente a la llama. Si se manejan mecheros de gas se debe tener mucho cuidado de cerrar las llaves de paso al apagar la llama.

Para saber más: Procedimientos en salud ocupacional:http://www.docstoc.com/docs/21504963/NORMASY-PROCEDIMIENTOS-EN-SALUD-OCUPACIONAL-BIOSEGURIDAD Normas de seguridad en laboratorio:http://www.lourdesluengo.es/practicas/normas.html

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2.2.2. Lección 22. Niveles de contención en laboratorios

Al hablar de contención, se hace referencia a las medidas de seguridad (protocolos y métodos) que se deben tener en cuenta en el laboratorio al manejar materiales o agentes biológicos (determinadas bacterias, hongos, virus, Rickettsias, Chlamidias, parásitos, productos recombinantes, alérgenos, cultivos de células humanas y animales y los agentes infecciosos potenciales que contengan estas células, viroides, priones) potencialmente infecciosos, con el fin de eliminar o reducir el riesgo que estos podrían ocasionar tanto a las personas que estén expuestas a ellos como al medio ambiente. Para el manejo de agentes biológicos existen cuatro niveles de contención o protocolos a seguir según el nivel de riesgo de infección, y la función del laboratorio. Nivel 1. Es el nivel básico en el cual los agentes biológicos no causan enfermedades en los seres humanos, pero se deben tener precauciones en el manejo de estos agentes para evitar la contaminación del medio ambiente. Este nivel hace referencia a los laboratorios para prácticas estudiantiles y deben seguir protocolos para el diseño, construcción de laboratorios y equipos. En este nivel es importante tener cuidado con las personas inmunodeprimidas debido a que microorganismos no causantes de enfermedades en personas sanas, pueden convertirse en patógenos al ser manipulados por personas inmunodeprimidas. Nivel 2. Este nivel hace referencia a agentes biológicos de riesgo moderado que pueden causar enfermedades en las personas que los manipulan si no siguen los protocolos de seguridad. Generalmente aplica en laboratorios clínicos y diagnósticos, y algunos laboratorios de enseñanza donde se manipulan sangre, fluidos corporales (líquido cefalorraquídeo, secreción vaginal), tejidos o células humanas. La contaminación puede ser ocasionada por cortes accidentales, por salpicaduras o ingestión del material contaminante, motivo por el cual ha de tenerse extremo cuidado con agujas o instrumentos contaminados. El uso de tapabocas, guantes, el cuidado en el manejo de objetos corto punzantes, entre otros, son medidas de prevención útiles. Entre las posibles

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enfermedades ocasionadas en este nivel están las causadas por virus como son. el sida, la hepatitis y la toxoplasmosis. Nivel 3. Es el nivel relacionado con estudios clínicos, diagnóstico, de enseñanza e investigación donde se manipulan agentes biológicos que no son autóctonos y pueden transmitirse por vía respiratoria originando enfermedades graves como es el caso de la tuberculosis causada, por la bacteria Mycobacterium tuberculosis. Este nivel exige un mayor y estricto grado de cumplimiento en las medidas de seguridad como colocación de la señal de riesgo biológico, acceso restringido al personal, instalaciones con ventilación que eviten la liberación de aerosoles infecciosos a otras zonas, tratamiento del aire mediante filtros. En este nivel se pone especial énfasis en evitar la autoinoculación. Nivel 4. Es el nivel de mayor riesgo de contaminación, para el que no existe ningún tratamiento clínico. Razón por la cual el diseño de la construcción y el equipo de seguridad deberán estar en un lugar totalmente aislado, con sistemas de ventilación y manejo de desechos que impidan la salida de los agentes contaminantes. Ejemplos de agentes contaminantes en este nivel serían Ebola y otros virus que producen fiebre hemorrágica. Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas.

Cuando en un laboratorio de microbiología, los estudiantes trabajan con microorganismos que generan patologías de gravedad moderada y que pertenecen a la propia flora habitual del hombre, como. En este caso tendríamos que decir que el laboratorio debe tener un nivel de contención: 1. Mycobacterium tuberculosis y Brucella 2. Nivel de contención 3 3. Nivel de contención 2 4. Estafilococos y Salmonella

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2.2.3. Lección 23. Equipos y materiales para manejo microbiológico de la bioseguridad I

El autoclave es un recipiente utilizado para esterilizar: medios de cultivo, agua destilada, tierra etc. mediante calor húmedo. El material a esterilizar se expone a temperaturas superiores a la de ebullición del agua, gracias al aumento de la presión. El vapor de agua difunde por ósmosis a través de las esporas coagulando su protoplasma Generalmente se esteriliza a temperaturas que van entre 107-126°C por un tiempo de 520 minutos con presiones que varían entre 5 y 20 libras por pulgada cuadrada (p.s.i). Figura 36. Imagen y partes de una autoclave

Adaptado de:http://cgi.ebay.com/ws/eBayISAPI.dll?VISuperSize&item=200423583056

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Horno Pasteur o estufa Se utiliza para esterilizar material de vidrio, por ejemplo, cajas de Petri, matraces, tubos de ensayo, pipetas a través de circulación de aire caliente (calor seco) a temperaturas que varían entre 120 y 180°C por un lapso de tiempo de 20 minutos a 8 horas Figura 37. Horno Pasteur

Tomado de: http://www.pasteur.fr/ip/portal/action/WebdriveActionEvent/oid/01s-00001u-01p Destilador de agua Permite la obtención de agua destilada, es decir, agua a la que se le han eliminado iones e impurezas. Mediante el proceso de destilación el agua es sometida al calor hasta su ebullición para separar sus componentes líquidos, luego sus vapores son recogidos y condensados. Figura 38. Destilador de agua

Tomado de: http://www.biogen.es/biogenshop/catalog/images/Raypa/DES4.jpg

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE RELACIÓN Este tipo de preguntas consta de dos proposiciones así: Una Afirmación y una Razón, unidas por la palabra PORQUE. Usted debe examinar la veracidad de cada proposición y la relación teórica que las une. Para responder este tipo de preguntas, debe leerla completamente y señalar en la hoja de respuesta, la elegida de acuerdo con las siguientes instrucciones: Marque A si la afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque B si la afirmación y la razón y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque C si la afirmación es VERDADERA, pero la razón es una proposición FALSA. Marque D si la afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

El destilador de agua se utiliza conaguas no aptas para el consumo humano, las cuales a veces sufren procesos para matar microorganismos y extraer partículas y metales que puedan ser dañinos al organismo PORQUEEl agua destilada, al estar libre de estos compuestos, no requiere de potabilización.

2.2.4. Lección 24: Equipos y materiales para manejo microbiológico de la bioseguridad II

Cámara de flujo laminar Es un receptáculo con una única cara libre (la frontal) que permite el acceso a su interior, donde se localiza la superficie de trabajo. Permite realizar, aislar, manipular cultivos en condiciones de esterilidad. La esterilidad de la zona de trabajo se consigue porque se hace circular a través del interior de la cámara una corriente de aire que previamente ha sido microfiltrada o tratada con luz ultravioleta para eliminar todo agente contaminante.

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Figura 39. Siembra en Cámara de Flujo Laminar

Tomado de: http://ceal.ulagos.cl/areas/microbiologia/images/camara_flujo_laminar.jpg

Incubadora Permite obtener temperaturas de incubación constante, en procesos como el cultivo de microorganismos y de tejidos, para determinaciones microbiológicas. La limpieza y la desinfección, periódicas y sistemáticas, son recomendables para reducir los riesgos derivados de la contaminación accidental del personal del laboratorio. Figura 40. Imágenes de equipos de incubación

Tomado de: http://ceal.ulagos.cl/areas/microbiologia/images/mini_estufa_incubacion.jpg Neveras Es necesario un adecuado mantenimiento, limpieza y desinfección para reducir los riesgos asociados a su utilización. Sin embargo, aún en estas condiciones, hay que tener en cuenta lo siguiente: • No deben almacenarse cultivos de microorganismos patógenos por inhalación, en recipientes que no estén convenientemente cerrados.

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• No deben almacenarse reactivos que contengan compuestos volátiles inflamables (éter etílico, por ejemplo) en neveras que no posean un sistema de protección antideflagración. • En los aparatos de tipo doméstico que se utilizan en el laboratorio debe anularse la lámpara de la luz. Congeladores La congelación es un proceso que mantiene la viabilidad de muchos agentes infecciosos, generando un riesgo potencial. Al respecto conviene seguir las siguientes recomendaciones: Identificar en ficheros, listas, etc. el contenido de lo almacenado y sus riesgos potenciales. El material potencialmente infeccioso debe colocarse en tubos, recipientes herméticamente cerrados. No deben llenarse completamente, para evitar que rebosen por efecto del aumento de volumen tras la congelación. Es necesario descongelar periódicamente, limpiar y desinfectar si fuese procedente. Utilizar guantes para manipular el contenido. Centrífugas Cuando se centrifugue material biológico potencialmente infeccioso deben utilizarse tubos con tapa rosca o de goma hermética. Se debe esperar a que la centrífuga deje de girar nunca se debe detener manualmente. La tapa se debe abrir solamente cuando la centrífuga haya dejado de girar. Si accidentalmente se rompe un tubo y se genera aerosol se debe contener la respiración y desalojar el laboratorio luego la persona responsable deberá efectuar la desinfección inmediata de la centrífuga. Si el material es potencialmente infeccioso la centrifugación deberá hacerse bajo campana. Al terminar el trabajo limpiar con solución descontaminante por dentro y por fuera del aparato Contador de colonias El contador de la colonias es un equipo que se utiliza en los laboratorios para investigar el contenido de microorganismos viables en una muestra ayuda ala cuantificación del numero de microorganismos presentes en un alimento, bebida o agua para conocer la calidad microbiológica de estos productos así mismo se utiliza en los laboratorios de análisis clínicos para cuantificar las infecciones de vías urinarias.

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Figura 41. Phmetro y contador de colonias

Tomado de: http://ceal.ulagos.cl/areas/microbiologia/images/mini_contador_colonias.jpg

Transferencia PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON MÚLTIPLE RESPUESTA Marque A si 1 y 2 son correctas. Marque B si 1 y 3 son correctas. Marque C si 2 y 4 son correctas. Marque D si 3 y 4 son correctas.

El destilador de agua es un equipo donde el agua es sometida a dos de los siguientes procesos: 1. Se remueven contaminantes, sólidos disueltos, cal, metales pesados y otras sustancias. 2. Es calentada hasta ebullición 3. Es tratada con luz ultravioleta 4. Su utilización en procesos de limpieza garantiza esterilidad

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2.2.5. Lección 25: El microscopio13

Un microscopio es un instrumento que amplifica una imagen y permite la observación de mayores detalles de los posibles a simple vista. El microscopio más simple es una lente de aumento o un par de anteojos. El poder de resolución del ojo humano es de 0,2 mm es decir que para ver dos objetos separados estos deben estar como mínimo a esa distancia. El microscopio aumenta la imagen hasta el nivel de la retina, para captar la información.La resolución depende de la longitud de onda de la fuente luminosa, el espesor de la muestra a observar, la calidad de la fijación y la intensidad de la coloración. Teóricamente la máxima resolución que se puede alcanzar es de 0,2 µm, dada por una luz con longitud de onda de 540 nm, la cual pasa por un filtro verde (muy sensible por el ojo humano) y con objetos condensadores adecuados. El ocular aumenta la imagen producida por el objetivo, pero no puede aumentar la resolución. Podemos clasificar los microscopios según su descubrimiento: - Microscopio simple o lupa: lente convergente situada entre el ojo y el objeto. - Microscopio compuesto: formado por 2 sistemas de lentes: oculares y objetivos. - Microscopio moderno: produce una imagen aumentada e invertida. Formado por tres sistemas de lentes. - Condensador: situado entre la fuente de luz y la muestra. Concentra el haz luminoso sobre la preparación. - Objetivo: produce una imagen real y aumentada, situado entre el objeto y el revólver. - Ocular: formado por dos lentes convergentes, produce una imagen virtual y aumentada, situados entre el ojo y el revólver. Cuando se acerca un observador a un objeto, crece el ángulo visual y ese objeto parece ser mayor. Sin embargo, por debajo de una determinada distancia (unos 25 cm) entre el 13

Tomado de: http://www.mailxmail.com/curso-microscopio/conceptos

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ojo y el objeto, éste no se ve con claridad. Este límite se debe a la capacidad máxima de deformación del cristalino. Si se sitúa entre le ojo y el objeto un sistema óptico capaz de aumentar el ángulo visual, se podrá ver el objeto con mayor amplitud y claridad. Ese sistema óptico es el MICROSCOPIO. Produce una imagen aumentada de un objeto no visible de forma que sea perceptible por el ojo humano. Se consigue mediante el uso de lentes u otros sistemas. Esta ampliación de la imagen se puede conseguir de dos formas: ondas luminosas: m. Óptico haz de electrones (é): m. Electrónico

Términos que describen las características ópticas del microscopio Aumento: relación entre el tamaño a simple vista y el tamaño observado con el microscopio (es el número de veces que se ve el tamaño de un objeto por encima de su valor real). En el microscopio compuesto se calcula multiplicando el aumento individual del objetivo por el aumento individual del ocular. Se expresa mediante un número seguido del signo “por” (x). Contraste: diferencia en la absorción de luz entre el objeto estudiado y el medio que lo rodea. Puede aumentarse mediante procedimientos de tinción. Poder de resolución: capacidad de mostrar distintos y separados dos puntos muy cercanos. Determina la máxima amplificación útil del microscopio. Depende de la longitud de onda (L) y de la apertura numérica (AN): cuanto menor es L y/o mayor la AN, mayor es la resolución. La resolución máxima de un microscopio óptico es de 200 nm. d = (0,5 x L) / AN Apertura numérica: capacidad de la lente para juntar los rayos de luz proyectados hacia ella. Determina la eficacia del condensador y del objetivo. La AN depende del índice de refracción del medio que hay entre la muestra y la lente (IR), y del seno de la mitad del ángulo del cono de luz que penetra en la lente (sen α). AN = IR x senα

Si se rellena el espacio existente entre la muestra y el objetivo no con aire, sino con una sustancia de mayor IR (p.e. aceite), se consigue que la mayor parte de los rayos perdidos 141

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por los fenómenos ópticos ocasionados en el condensador y en el portaobjetos, se refracten y penetren en el objetivo, con lo que se incrementa la resolución del microscopio. Profundidad de campo: espesor de la preparación enfocada en cualquier momento. Será mayor cuanto menor sea el aumento. Área del campo: es el diámetro de la parte de la preparación que se está viendo. Será mayor cuando menor sea el aumento.

Tipos de microscopios Microscopios Ópticos - Microscopio Simple: el microscopio más simple es una lente convergente, la lupa (o microscopio estereoscópico). El objeto se coloca entre la lente y el foco, de modo que la imagen es virtual y está a una distancia que es la distancia mínima de visón nítida, alrededor de 25 cm. Consta de una base, en la que se sitúa la pletina, y de la que emerge una columna que soporta las lentes y el mando de enfoque. Sólo sirve para exámenes superficiales (disección de animales, observación de colonias, detección de quistes de parásitos,…). Se consigue un número de aumentos entre 4 y 60. - Microscopio Campo luminoso u óptico compuesto: imágenes oscuras frente al campo luminoso. Permite el estudio de las estructuras internas de la muestra, para lo cual ésta debe ser dispuesta en una fina capa que puede ser atravesada por la luz. - Microscopio Campo oscuro: fondo oscuro sobre el que se ven los objetos intensamente iluminados.  Permite ver el contorno de las bacterias y su movilidad  Permite ver los microorganismos sin teñir  Permite ver el Treponema pallidum, bacteria espiroqueta de la sífilis. Consta de un condensador especial que debe estar muy cercano a la preparación y que lanza sobre la muestra un cono hueco de luz. Con esto se logra que, solamente los rayos que chocan con las estructuras sometidas a estudio y son reflejados hacia arriba, puedan ser visualizados a través del objetivo. - Microscopio de contraste de fases: produce variaciones de luminosidad de forma que sean visibles las distintas partes de una muestra. Para ver parásitos y bacterias en cortes histológicos, y para objetos transparentes y no coloreados (sediemnto urinario).

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Consta de un dispositivo, situado dentro o debajo del condensador, que produce diferencias de longitud de onda en los distintos rayos. - Microscopio de fluorescencia: la fluorescencia es la propiedad que tienen ciertas sustancias de emitir, cuando son iluminadas por una radiación de L corta, otra radiación de L más larga. Consta de una fuente de luz muy potente y un filtro de excitación que sólo deja pasar la radiación UV deseada. Ésta, tras interaccionar con la muestra, es de nuevo filtrada, dejando pasar solamente la luz fluorescente hacia los oculares. La principal aplicación es en inmunofluorescencia, es decir, reacciones de antígenos con anticuerpos.    

Fuente de luz: la L va desde la luz ultravioleta hasta los infrarrojos. Filtro de excitación: delimita la banda de excitación, generalmente ultravioleta. Muestra: fluorescente por sí misma (microscopia primaria) o marcada con fluorocromos (microscopia secundaria). Filtro de barrera: deja pasar sólo la fluorescencia.

Microscopios Electrónicos: La luz es un haz de electrones. Utilizado en investigación. Los é son propagados a través de un tubo, inciden sobre el objeto y son refractados y recogidos en una pantalla. Se utiliza para conocer el tamaño, estructura y morfología de los seres vivos. - Microscopio Electrónico de transmisión (muestra muy fina, gran amplificación, no observación de elementos vivos, alto coste). - Microscopio Electrónico de barrido (congelación especial de la muestra y recubrimiento con metal, menor poder de resolución, tridimensionalidad).

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Partes del microscopio Figura 42. El microscopio y sus partes

Tomado de: http://www.abcpedia.com/cienciaytecnologia/partes-microscopio.jpg Parte mecánica: Sistema de soporte o estativo:Pie, Brazo, Tubo, Platina, Revolver Sistema de ajuste:Tornillo macrométrico, Tornillo micrométrico Parte óptica: -

Fuente de iluminación Condensador y diafragma Lentes: oculares (10x y 12x) y objetivos (4x, 10x, 40x y 100x).

* PIE: Sirve como base del microscopio y tiene un peso suficiente para dar estabilidad al aparato. En los microscopios antiguos tenía forma de herradura o de trípode pero en la actualidad suele ser una plataforma rectangular. En él se integra la fuente luminosa. * BRAZO: Es una columna perpendicular al pie. Puede ser arqueado o vertical y une al pie con el tubo. * TUBO: Es una cámara oscura unida al brazo mediante una cremallera. Tiene el revólver con los objetivos en su parte inferior y los oculares en el extremo superior. * PLATINA: Es una plataforma horizontal con un orificio central, sobre el que se coloca la preparación, que permite el paso de los rayos procedentes de la fuente de iluminación situada por debajo. Dos pinzas sirven para retener el portaobjetos sobre la platina y un sistema de cremallera guiado por dos tornillos de desplazamiento permite mover la preparación de delante hacia atrás o de izquierda a derecha y viceversa. En la parte posterior de uno de los laterales se encuentra un nonius que permite fijar las coordenadas de cualquier campo óptico; de esta forma se puede acudir a él cuando interesa. 144

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* REVOLVER: Es un sistema que coge los objetivos, y que rueda para utilizar un objetivo u otro. * TORNILLOS MACRO Y MICROMÉTRICO: Son tornillos de enfoque, mueven la platina hacia arriba y hacia abajo. El macrométrico lo hace de forma rápida y el micrométrico de forma lenta. Llevan incorporado un mando de bloqueo que fija la platina a una determinada altura. * FUENTE DE ILUMINACIÓN: Se trata de una lámpara halógena de intensidad graduable. Esta situada en el pie del microscopio. Se enciende y se apaga con un interruptor y en su superficie externa puede tener una especie de anillo para colocar filtros que facilitan la visualización. * CONDENSADOR Y DIAFRAGMA: El condensador es un sistema de lentes situadas bajo la platina su función es la de concentrar la luz generada por la fuente de iluminación hacia la preparación. En el interior del condensador existe un diafragma (iris) cuya función es limitar el haz de rayos que atraviesa el sistema de lentes eliminando los rayos demasiado desviados (regula la cantidad de luz y ajusta la Apertura Numérica). * OCULARES: Están colocados en la parte superior del tubo. Se denominan así, porque están muy cercanos al ojo. Su función es la de captar y ampliar la imagen formada en en los objetivos. En los modernos microscopios hay dos oculares (microscopios binoculares) que están unidos mediante un mecanismo que permite ajustar la distancia interpupilar. En general los más utilizados son los de 10X ( producen un aumento de 10 veces ). * OBJETIVOS: Están colocados en la parte inferior del tubo insertados en una pieza metálica, denominada revolver, que permite cambiarlos fácilmente. Generan una imagen real, invertida y aumentada. Los más frecuentes son los de 4, 10, 40, y 100 aumentos. Este último se llama de inmersión ya que para su utilización se necesita utilizar aceite de cedro sobre la preparación. En la superficie de cada objetivo se indican sus características principales, aumento, apertura numérica, y llevan dibujado un anillo coloreado que indica el número de aumentos (rojo 4X, amarillo 10X, azul 40X y blanco 100X).

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Para saber más: Historia del microscopio Microscopio El manejo del microscopio es un conocimiento previo que debe recordarse del estudio anterior en el curso de biología. El estudioso debe ubicar este tema en el curso mencionado de biología, página Web de la UNAD, en las siguientes direcciones: Video: el Microscopio parte 1 Vídeo: El microscopio parte 2 Manual de Prácticas de Biología: Microscopia Páginas 15 a 43

2.2.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 5

Actividades online, disponibles en: Partes del microscopio óptico Simulador de microscopía: Desarrollado por la Dra. Carmen Eugenia Piña para los estudiantes de biología, donde puedes tener la experiencia interactiva de manejo del microscopio.

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2.3. CAPÍTULO 6: TÉCNICAS DE CULTIVO Introducción La diversidad microbiana implica la utilización de medios de cultivo apropiados para identificar y observar el ciclo de crecimiento y reproducción de cada tipo de microorganismo. Además se requiere una estandarización de los métodos de siembra en cada medio de cultivo y de las técnicas de recuento microbiológico para lograr sistemas efectivos de manejo y control del crecimiento bacteriano.

Objetivos Describir los medios de cultivo sólidos, líquidos y semisólidos. Describir los métodos de siembra apropiados para cada tipo de microorganismo en el respectivo medio de cultivo. Adquirir destreza en el recuento de microorganismos según la técnica seleccionada para el conteo.

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2.3.1. Lección 26. Medios de cultivo

Técnicas de cultivo microbiológico14 Uno de los sistemas más importantes para la identificación de microorganismos es observar su crecimiento en sustancias alimenticias artificiales preparadas en el laboratorio. El material alimenticio en el que crecen los microorganismos es el Medio de Cultivo y el crecimiento de los microorganismos es el Cultivo. Se han preparado más de 10.000 medios de cultivo diferentes. Para que los microorganismos crezcan adecuadamente en un medio de cultivo artificial éste debe reunir una serie de condiciones como son: temperatura, grado de humedad y presión de oxígeno adecuada, así como un grado correcto de acidez o alcalinidad. Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento necesarios y debe estar exento de todo microorganismo contaminante. La mayoría de las bacterias patógenas requieren nutrientes complejos similares en composición a los líquidos orgánicos del cuerpo humano. Por eso, la base de muchos medios de cultivo es una infusión de extractos de carne y Peptona a la que se añadirán otros ingredientes.

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Adaptado de http://www.qb.fcen.uba.ar/microinmuno/SeminarioMedios.htm Lic. Eric Caballero

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Figura 43. Cultivo de bacterias y aislamiento de colonias

Tomado de: http://www.telmeds.org/wpcontent/themes/medpress/scripts/timthumb.php?zc=1&w=300&h=150&src=http://www.telmeds.org/wpcontent/uploads/2009/03/metodoestrias2.jpg

Tipos básicos de medios de cultivo por consistencia El tipo de medio de cultivo a utilizar depende del microorganismo de interés y de la necesidad de realizar ese cultivo. Los medios se pueden utilizar para el crecimiento de una especie o para diferenciar entre cepas o especies. Según su consistencia o estado físico pueden ser: Líquidos o caldos: se emplean fundamentalmente para cultivar los microorganismos y obtener grandes cantidades de los mismos o bien la producción de metabolitos específicos, estimular y promover la selección de algún o algunos microorganismos e impedir que otros se multipliquen, identificar al microorganismo estudiado mediante pruebas bioquímicas. Semisólidos Se utilizan para identificaciones bioquímicas y averiguar si el germen estudiado es móvil. Los medios semisólidos tienen una consistencia blanda. Sólidos o Agares Se utilizan para obtener colonias aisladas de microorganismos. A diferencia de los líquidos se les agrega Agar. El agar es un polisacárido acídico producido por ciertas algas rojas, es un elemento solidificante que se licúa completamente a la temperatura del agua hirviendo y se solidifica al enfriarse a 40 grados. El agar Se usa a una concentración del 1,5%. Con mínimas excepciones no tiene efecto sobre el crecimiento de las bacterias y no es atacado por aquellas que crecen en él. La Gelatina es otro agente solidificante pero se emplea mucho menos ya que bastantes bacterias provocan su licuación. Tipos de medios de cultivo por utilidad práctica: No selectivos o generales: permiten el cultivo y crecimiento de una amplia gama de microorganismos. Por ejemplo, Caldo nutritivo, Agar nutritivo, Agar Soya Tripticasa (TSA),

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Agar marino 2216 o Zobell. A menudo están enriquecidos con materiales como: sangre, suero, Hemoglobina, Factor X, Factor V, glutamina, u otros factores accesorios para el crecimiento de las bacterias (Agar Sangre, Schaeadler, etc.). Selectivos: (pueden ser de moderada o de alta selectividad) permiten el aislamiento y crecimiento del microorganismo o grupo de microorganismos de interés, para lo cual se manipulan factores ya sean de tipo nutricional o de tipo ambiental. Algunos medios son selectivos porque contienen un producto químico, como la azida sódíca, el telurito potásico o el cristal violeta, que inhiben el desarrollo de algunos microorganismos pero no de otros. En el caso de factores nutricionales se añaden al medio sustancias que inhiban el crecimiento de ciertos grupos de microorganismos, permitiendo a la vez el crecimiento de otros. Los antibióticos, el cloruro sódico en altas concentraciones, colorantes y algunas sustancias químicas son ejemplos de agentes selectivos que se añaden a los medios para inhibir el crecimiento de otros microorganismos diferentes al de interés.El agar SPS (denominado de esta forma porque contiene sulfadiacina y sulfato de polimixina) se utiliza para identificar Clostridium botulinum, agente causal de una grave intoxicación alimentaria. El medio SPS permite el crecimiento de esta bacteria, pero inhibe el de otras especies de Clostridium. Por ejemplo, los colorantes, que se añaden al Agar, inhiben selectivamente determinados microorganismos, es el caso del verde brillante (Agar verde brillante) utilizado para determinar la presencia de Salmonella en heces fecales ya que inhibe las bacterias Gram positivas, y la mayoría de las bacterias intestinales. Para el caso de factores ambientales se manipula la temperatura, el grado de humedad, el pH, la concentración de oxígeno o la intensidad de la luz. Así el Agar glucosado de Sabouraud ajustado a pH 5,6, se usa para el aislamiento de hongos, que a ese pH crecen mejor que las bacterias. Son ejemplo de este tipo de medios: Agar Tiosulfato, Citrato, Sales de bilis, Sacarosa (TCBS) para cultivo de Vibrio y Agar Cetrimida para cultivo de Pseudomonas. Enriquecidos: suprimen el crecimiento de la flora competitiva normal potenciando el cultivo y crecimiento deseado (Selenito, medio con Vitamina K). Para aislamientos especializados: formulaciones nutritivas especiales que satisfacen requerimientos de grupos específicos de microorganismos, ayudando a su identificación (Lowenstein). En los diferentes medios de cultivo se encuentran numerosos materiales de enriquecimiento como hidratos de carbono, suero, sangre completa, bilis, etc. Los hidratos de Carbono se adicionan por dos motivos fundamentales: para incrementar el valor nutritivo del medio y para detectar reacciones de fermentación de los microorganismos 150

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que ayuden a identificarlos. El suero y la sangre completa se añaden para promover el crecimiento de los microorganismos menos resistentes. Diferenciales: permiten distinguir unos microorganismos de otros por las características que presentan las colonias. Se elaboran con base en las características fisiológicas específicas de los microorganismos, por ejemplo, nutrición, respiración entre otras. Algunos medios diferenciales llevan incluido un indicador de pH, que pone de manifiesto la degradación de un nutriente específico (generalmente un azúcar) por el cambio de color que se origina cuando éste es metabolizado, como en el caso del medio CLED. Los colorantes que se añaden a estos medios actúan como indicadores para detectar, por ejemplo, la formación de ácido. Un ejemplo es el Rojo Fenol es de color rojo en pH básico y amarillo en pH ácido. A través del cultivo en medio diferencial se puede distinguir las bacterias que fermentan la lactosa (con producción de ácido) de las no fermentadoras. Otros colorantes actúan como inhibidores del crecimiento de unos microorganismos y no de otros, por ejemplo la Violeta de Genciana inhibe el crecimiento de la mayoría de las bacterias Gram-positivas). Algunos medios pueden ser a la vez selectivos y diferenciales. El agar Mac Conkey es un ejemplo de medio selectivo y diferencial. La presencia de sales biliares y cristal violeta inhiben el crecimiento de bacterias no entéricas (acción selectiva); la fermentación de lactosa con liberación de productos ácidos hace virar un indicador de pH incorporado en el medio (acción diferencial). El agar sangre es un agar que contiene hematíes y permite reconocer los microorganismos que producen hemólisis por ejemplo para aislar la bacteria que causa la escarlatina, se utiliza el medio de agar sangre. Las colonias de esta bacteria producen hemólisis, es decir, muerte y lisis de los hematíes generando una zona transparente a su alrededor. El Agar eosina-azul de metileno (EAM) permite identificar el crecimiento de coliformes y E. coli. Este medio contiene peptona, lactosa y los colorantes eosina y azul de metileno. En dicho medio se inhibe el crecimiento de otras bacterias, pero no el de las coliformes (éstas desarrollan colonias típicas). E. coli muestra colonias grandes, oscuras, negro-azuladas, centro casi negro, con brillo metálico verdoso causado por la luz reflejada. La presencia de coliformes como Enterobacter se manifiesta en colonias grandes, de color rosado pálido, mucosas, con centro oscuro y sin brillo metálico. Escherichia coli y las bacterias relacionadas con ella se identifican en medios con un indicador de pH porque originan productos metabólicos ácidos, que cambian el color del indicador y por tanto de sus colonias. Seleccionando los medios adecuados se puede llegar a la identificación de casi cualquier bacteria (Oxidación-Fermentación).

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: Sembrar es colocar una muestra de inoculo, en un medio de cultivo para obtener el crecimiento de los microorganismos. Para ello se extiende la muestra sobre cajas de petri, que contiene un gel (agar) al que se han añadido las sustancias que necesita los microorganismos para crecer. Esto se conoce como medio de cultivo. POSTULADO I: Pueden añadirse otro tipo de sustancias como por ejemplo, impedir el crecimiento de otras bacterias. POSTULADO II: La siembra puede hacerse en otros tipos de medio de cultivo como tubos, frascos etc.

2.3.2. Lección 27. Condiciones generales para el cultivo de microorganismos

El desarrollo adecuado de los microorganismos en un medio de cultivo se ve afectado por una serie de factores de gran importancia y que, en algunos casos, son ajenos por completo al propio medio. • Disponibilidad de nutrientes adecuados: Un medio de cultivo adecuado para la investigación microbiológica ha de contener, como mínimo, carbono, nitrógeno, azufre, fósforo y sales inorgánicas. En muchos casos serán necesarias ciertas vitaminas y otras sustancias inductoras del crecimiento. Actualmente, la forma más extendida de aportar estas sustancias a los medios es utilizar peptona que, además, representa una fuente fácilmente asequible de nitrógeno y carbono ya que la mayoría de los microorganismos, que no suelen utilizar directamente las proteínas naturales, tienen capacidad de atacar los aminoácidos y otros compuestos más simples de nitrógeno presentes en la peptona. Ciertas bacterias tienen necesidades nutritivas específicas por lo que se añade a muchos 152

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medios sustancias como suero, sangre, líquido ascítico, etc. Igualmente pueden ser necesarios ciertos carbohidratos y sales minerales como las de calcio, magnesio, manganeso, sodio o potasio y sustancias promotoras del crecimiento, generalmente de naturaleza vitamínica. • Consistencia adecuada del medio Partiendo de un medio líquido podemos modificar su consistencia añadiendo productos como albúmina, gelatina o agar, con lo que obtendríamos medios en estado semisólido o sólido. Los medios solidificados con gelatina tienen el gran inconveniente de que muchos microorganismos no se desarrollan adecuadamente a temperaturas inferiores al punto de fusión de este solidificante y de que otros tienen la capacidad de licuarla. Actualmente los medios sólidos son de uso universal, por su versatilidad y comodidad, pero hay también gran cantidad de medios líquidos cuyo uso está ampliamente extendido en el laboratorio. • Presencia (o ausencia) de oxígeno y otros gases Gran cantidad de bacterias pueden crecer en una atmósfera con tensión de oxígeno normal. Algunas pueden obtener el oxígeno directamente de variados sustratos. Pero los microorganismos anaerobios estrictos sólo se desarrollarán adecuadamente en una atmósfera sin oxígeno ambiental. En un punto intermedio, los microorganismos microaerófilos crecen mejor en condiciones atmosféricas parcialmente anaerobias (tensión de oxígeno muy reducida), mientras los anaerobios facultativos tienen un metabolismo capaz de adaptarse a cualquiera de las citadas condiciones. • Condiciones adecuadas de humedad Un nivel mínimo de humedad, tanto en el medio como en la atmósfera, es imprescindible para un buen desarrollo de las células vegetativas microbianas en los cultivos. Hay que prever el mantenimiento de estas condiciones mínimas en las estufas de cultivo a 35-37ºC proporcionando una fuente adecuada de agua que mantenga la humedad necesaria para el crecimiento de los cultivos y evitar así que se deseque el medio. • Luz ambiental La mayoría de los microorganismos crecen mucho mejor en la oscuridad que en presencia de luz solar. Hay excepciones evidentes como sería el caso de los microorganismos fotosintéticos. • pH La concentración de iones hidrógeno es muy importante para el crecimiento de los microorganismos. La mayoría de ellos se desarrollan mejor en medios con un pH neutro, aunque los hay que requieren medios más o menos ácidos. No se debe olvidar que la presencia de ácidos o bases en cantidades que no impiden el crecimiento bacteriano pueden sin embargo inhibirlo o incluso alterar sus procesos metabólicos normales. • Temperatura Los microorganismos mesófilos crecen de forma óptima a temperaturas entre 15 y 43ºC. Otros como los psicrófilos crecen a 0ºC y los termófilos a 80ºC o incluso 153

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a temperaturas superiores (hipertermófilos). En líneas generales, los patógenos humanos crecen en rangos de temperatura mucho más cortos, alrededor de 37ºC, y los saprófitos tienen rangos más amplios. • Esterilidad del medio Todos los medios de cultivo han de estar perfectamente estériles para evitar la aparición de formas de vida que puedan alterar, enmascarar o incluso impedir el crecimiento microbiano normal del o de los especimenes inoculados en dichos medios. El sistema clásico para esterilizar los medios de cultivo es el autoclave (que utiliza vapor de agua a presión como agente esterilizante). Para saber más: Esterilización y preparación de medios de cultivo

Transferencia Los medios de cultivo diferenciales permiten distinguir unos microorganismos de otros por las características que presentan las colonias. Se elaboran con base en las características fisiológicas específicas de los microorganismos, por ejemplo, nutrición, respiración entre otras. Algunos medios diferenciales llevan incluido un indicador de pH, que pone de manifiesto la degradación de un nutriente específico (generalmente un azúcar) por el cambio de color que se origina cuando éste es metabolizado, como en el caso del medio CLED. Los colorantes que se añaden a estos medios actúan como indicadores para detectar, por ejemplo, la formación de ácido. En el medio de cultivo selectivo y diferencial MacKonkey se observa el crecimiento de bacterias con una coloración violeta o rosada, lo que indica que hubo: A. Fermentación de glucosa, lactosa y sacarosa B. Fermentación de lactosa C. No fermentación de glucosa, lactosa y sacarosa D. No fermentación de lactosa

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2.3.3. Lección 28. Siembra de microorganismos

¿Cómo se realiza el cultivo?

Sembrar es colocar una muestra de inóculo, en un medio de cultivo para obtener el crecimiento de los microorganismos. Para ello se extiende la muestra sobre caja de Petri, que contiene un gel (Agar) al que se han añadido las substancias que necesitan los microorganismos para crecer. A esto lo llamamos medio de cultivo. A veces se añaden otras clases de sustancias; por ejemplo, para impedir el crecimiento de otras bacterias que podrían contaminar el cultivo. La siembra se puede hacer en otros tipos de medios de cultivo, como tubos de vidrio con gel, frascos con líquidos nutritivos para los microorganismos. A continuación se procede a la "incubación" del medio ya sembrado. En cada caso se hace en condiciones particulares de presión de oxígeno, temperatura, agitación, duración, etc. Muchas de las bacterias patógenas crecen bien a temperaturas cercanas a los 37ºC habituales de nuestro organismo. Si el cultivo bacteriano tiene éxito, crecerán "colonias" de bacterias en el medio de cultivo. Estas colonias tienen características de color, forma, tamaño etc. propias de cada bacteria y esto nos ayuda a identificarlas. También se puede someter a las bacterias de las colonias a pruebas bioquímicas o de otro tipo para lograr su identificación. Algunas bacterias son muy difíciles de cultivar, otras tardan mucho tiempo en crecer y algunas, finalmente, no se han conseguido cultivar. Sistemas de Siembra: Antes de iniciar la siembra se deben cumplir determinadas condiciones: • Esterilización de los instrumentos de trabajo y de los medios de cultivo. Los medios de cultivo se esterilizan con calor húmedo en la autoclave y los materiales de vidrio se esterilizan con calor seco en el horno Pasteur. En el caso de objetos metálicos, como el asa de siembra, que se esterilizan en el momento de su utilización, se mantienen en la llama hasta que se pongan al rojo, teniendo la precaución de enfriarlos antes de su uso.

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• Que el inóculo no se contamine, modifique o destruya para lo cual se utiliza calor directo, flameando las bocas de los tubos de ensayo, matraces, la pipeta y demás elementos antes y después de su utilización. • Esterilización del área de trabajo para evitar contaminaciones durante el manejo del instrumental y de los medios de cultivo. Se utilizan la cámara de flujo laminar. Si no se dispone de ella, se utiliza un mechero Bunsen que, debido a que fuerza la circulación del aire en sentido vertical y hacia arriba, es capaz de crear un ambiente semiésteril en la zona inmediata alrededor y debajo de la llama, de forma que los riesgos de contaminación disminuyen considerablemente. Siembra de medio sólido a medio líquido Marque correctamente los tubos con el número del grupo, sistema de siembra utilizado y la fecha. Para crear un ambiente de esterilidad encienda el mechero y trabaje siempre al lado de el. Esterilice un asa recta a la llama de un mechero y déjela enfriar Tome el tubo que contiene la muestra a sembrar, retire la tapa del tubo, flamee la boca del tubo. Introduzca el asa en tubo sin tocar las paredes y tome un poco de colonia del cultivo, flamee nuevamente la boca del tubo, tapelo y dejelo en una gradilla. Tome el tubo de caldo nutritivo estéril en el cual va a colocar la muestra, destapelo, flameando la boca el tubo con el mechero e introduzca el asa con la muestra obtenida. Realice movimientos de rotación con el asa para emulsionar con el caldo las paredes del tubo. Retire el asa, flamee la boca del tubo y tape. Esterilice el asa en el mechero después de usarla. Incube los tubos a 37ºC por 24 horas. Observar el crecimiento obtenido. Si no hay crecimiento el caldo queda transparente.

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Figura 44. Método de aislamiento por siembra por estría en placa.

Tomado de: http://aulavirtual.usal.es/aulavirtual/demos/microbiologia/unidades/documen/uni_02/56/fig/fig319.jpg

Método de aislamiento por siembra por estría en placa. Para obtener un cultivo axénico: (a) esterilizar un asa de siembra por flameado en la llama de un mechero, (b) introducirla en la suspensión bacteriana para recoger una muestra, (c) sembrar haciendo estrías sobre la superficie de un medio sólido en una placa Petri, y (d) volver a esterilizar el asa, tocar en la zona de la placa ya sembrada y hacer un segundo grupo de estrías en una región nueva de la placa. Repetir el proceso una tercera y una cuarta vez, hasta conseguir que los grupos de células se diluyan y se separen células aisladas. (e) Después de la incubación, se desarrollan colonias aisladas. Para estar seguro de que el cultivo es puro, repetir el proceso entero; para ello tomar una colonia aislada y sembrar por estrías una segunda placa. Siembra de medio líquido a sólido. Se procede en la misma forma que en la siembra anterior pero con el asa de argolla. Si la siembra es en tubo recuerde hacer punción y estría. Si es en caja de Petri puede utilizar diferentes sistemas como estría, agotamiento, rejilla con el fin de lograr un cultivo puro. Siembra de medio sólido a sólido. Se realiza de la misma forma que en la siembra anterior pero utilizando el asa recta. Los medios sólidos contienen agar en proporción de 157

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1.5 a 2.0% y se emplean para obtener colonias aisladas. Las placas de agar se pueden inocular mediante varios métodos: como estrías, agotamiento y rejilla con el fin de lograr un cultivo puro. Siembra en rejilla. Realice una estría que atraviese el centro del agar. Luego realice estrías en ángulo recto con respecto a la estría inicial. Voltee el agar en ángulo de 90 grados y realice estría hasta cubrir todo el agar. Siembra por agotamiento. Tome una placa de agar, marque la base de la caja de petri con los números 1, 2 y 3. Coloque la muestra a sembrar en el numero 1, realice estrías hasta la mitad de la caja. Esterilice el asa y gire la caja hasta el numero 2, tome las dos ultimas estrías y siga estriando hasta el numero 3. Gire la caja y termine de estriar, tenga cuidado de no tocar las estrías ya hechas. Siembra por estrías Figura 45. Imagen de siembra por estrías

Tomado de: http://www.umce.cl/delgenalaproteina/modulos/modulo04/modulo04_clip_image006.jpg

Técnica de siembra en medio de cultivo en placa de Petri (a= inicio de la siembra y d= término de la siembra) Siembra masiva. Tome un hisopo estéril e introdúzcalo en el tubo que contiene la muestra a sembrar, luego frote toda la superficie del agar. Le evaluación del crecimiento en las placas de agar se hace a través de la observación de colonias en la superficie. Siembra en agar inclinado. Esta se realiza por punción y por estría. Por punción: Introduzca el inoculo con el asa recta hasta el fondo del medio con un solo movimiento y 158

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teniendo cuidado de hacer el mismo trayecto de entrada que de salida. Por estría: Extienda el inoculo sobre el agar inclinado deslizando suavemente el asa por la superficie en forma de zigzag. No olvide flamear la boca del tubo antes y después de la siembra. Evalué la presencia de crecimiento en el agar por la formación de una película o por el crecimiento de colonias en la superficie. Siembra en profundidad. Marque la caja de petri estéril con el número de grupo, la fecha y siembra en profundidad. Abra ligeramente la caja de Petri cerca del mechero. º Abra un tubo con cultivo de bacterias y con ayuda de una pipeta de Pasteur plástica, transfiera 1 ml de éste cultivo a la base de la caja de petri estéril. Descarte la pipeta en el frasco de boca ancha con clorox. º Vierta un poco de agar nutritivo en la caja de Petri, tape la caja y luego realice movimientos suaves sobre el mesón, en el sentido de las agujas del reloj, luego al contrario, en forma de L y L invertida, y por último en forma de 8. Esto garantiza una distribución homogénea de las bacterias en todo el agar para facilitar su posterior recuento. º Envuelva las cajas de Petri y los tubos con cinta de enmascarar, márquelos con el número de grupo, la fecha. Luego incube 37º c por 48 horas. Entregue al coordinador del laboratorio los cultivos bacterianos usados Técnica del microcultivo Figura 46. Imagen de la técnica del microcultivo de microorganismos

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Esta técnica se utiliza en micología para el estudio de estructuras de los hongos (conidias, ascas, hifas, conidioforos, entre otras) que son muy frágiles y se deterioran fácilmente, al ser obtenidas para su observación a partir de un macrocultivo común y corriente. La técnica consiste en colocar en el interior de una caja de Petri estéril unas varillas de vidrio estéril y sobre ellas una lámina portaobjetos. Las varillas evitan que la lámina portaobjetos haga contacto con el fondo de la caja de Petri. Luego sobre el portaobjetos se coloca el medio de cultivo sólido. Con un asa previamente flameada se siembra el hongo a analizar en el medio de cultivo, después se cubre con la laminilla cubreobjetos, y se adiciona en el fondo de la caja de Petri agua destilada estéril para mantener una atmósfera húmeda. Después se procede a la incubación a la temperatura requerida y por el tiempo necesario. Luego de incubado se retira con cuidado la laminilla cubreobjetos teniendo en cuenta que en ella se encuentra adherido el hongo. Se monta la laminilla con el hongo a estudiar sobre un portaobjeto y se procede a su observación en fresco, o se prepara un frotis con una preparación permanente. Transferencia Sembrar es colocar una muestra de inoculo, en un medio de cultivo para obtener el crecimiento de los microorganismos. Para ello se extiende la muestra sobre caja de Petri, que contiene un gel (Agar) al que se han añadido las substancias que necesitan los microorganismos para crecer. A veces se añaden otras clases de sustancias; por ejemplo, para impedir el crecimiento de otras bacterias que podrían contaminar el cultivo. La siembra se puede hacer en otros tipos de medios de cultivo, como tubos de vidrio con gel, frascos con líquidos nutritivos para los microorganismos. De lo anterior cuál considera usted qué es el mejor instrumento para realizar una siembra de medio sólido a líquido. A Asa de argolla B Pipeta C Asa recta D Espátula

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2.3.4. Lección 29. Técnicas de tinción15

La tinción es una técnica que utiliza colorantes para aumentar el contraste entre los microorganismos y el medio que los rodea. Se utiliza para diferenciar los tipos de células, los constituyentes celulares, tales como flagelos, esporas, cápsulas, paredes celulares, núcleo, mitocondria, etc. Generalmente se realiza la fijación del microorganismo antes de su coloración para evitar cambios estructurales en el protoplasma. La fijación produce habitualmente el encogimiento de las células; la tinción, por el contrario, hace que las células aparezcan mayores que lo que realmente son de manera que las medidas de las células que han sido fijadas o teñidas no pueden realizarse con mucha precisión. La mayoría de los colorantes son compuestos orgánicos que tienen alguna afinidad específica por los materiales celulares. Muchos son moléculas cargadas positivamente y se combinan con intensidad con los constituyentes celulares cargados negativamente, como los ácidos nucleicos y los polisacáridos ácidos. Ejemplos de colorantes son el azul de metileno, el cristal violeta y la safranina. Otros colorantes son moléculas cargadas negativamente y se combinan con los constituyentes celulares cargados positivamente, como muchas proteínas. Esos colorantes incluyen la eosina, la fucsina ácida y el rojo Congo. Otros colorantes son sustancias liposolubles; este grupo se combina con los materiales lipídicos de la célula, usándose para revelar la localización de depósitos de grasa. Ejemplo el negro Sudán. Algunos colorantes teñirán mejor sólo después de que la célula haya sido tratada con otra sustancia química, que no es un colorante por sí mismo. Esta sustancia se denomina mordiente; un mordiente habitual es el ácido tánìco. El mordiente se combina con un constituyente celular y lo altera de tal modo que el colorante pueda actuar. Los métodos de tinción deben usarse siempre con precaución, ya que pueden conducir a errores. Las 15

Adaptado de: http://www.danival.org/600%20microbio/6000notasmicro/tincion/_madre_tincion.html

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moléculas de colorante forman en ocasiones precipitados o agregados que parecen estructuras celulares auténticas, pero que son formaciones completamente artificiales inducidas por el mismo colorante. Tinción Simple Se utiliza un solo colorante, por lo que todas las estructuras celulares se tiñen con la misma tonalidad (Tinta china, Azul Metileno de Loeffler, Azul de lactófenol).

Figura 47. Cryptococcus neoformans en tinción con tinta china.

Tomado de: http://www.microinmuno.qb.fcen.uba.ar/SeminarioTinciones_archivos/image003.jpg

El Hidróxido de potasio al 10% (solución de KOH) permite ver elementos de hongos ya que el KOH digiere parcialmente los componentes proteicos, por ejemplo de la célula huésped, pero no actúa sobre los polisacáridos de las paredes celulares de los hongos. La tinta china o Nigrosina permite observar células levaduriformes encapsuladas Cryptococcus, sobre todo en líquido cefalorraquídeo (LCR). Los polisacáridos capsulares rechazan la tinta china y la cápsula aparece como un halo claro alrededor de los microorganismos. El azul de metileno es un buen colorante que actúa rápidamente sobre todas las células bacterianas y no produce un color tan intenso que oscurezca los detalles celulares. Es especialmente útil para detectar la presencia de bacterias en muestras naturales, puesto que la mayor parte del material no celular no se tiñe. El azul de metileno de Loeffler puede agregarse a las preparaciones en fresco de heces para observar la presencia de leucocitos. Mediante la tinción negativa las células se dejan sin teñir, pero se colorea en cambio el medio que las rodea. Lo que se ve, por tanto, es el perfil de las células. La sustancia utilizada para la tinción negativa es un material opaco que no tiene afinidad por los 162

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constituyentes celulares y que simplemente rodea las células, tal como la tinta china (que es una suspensión de partículas de carbono coloidal) o la nigrosina (un colorante negro insoluble en agua). Su máxima utilidad está en revelar la presencia de cápsulas alrededor de las células bacterianas Examen microscópico de las muestras muy modificadas: Tinción Diferencial Se utilizan varios colorantes combinados. Las estructuras celulares se diferencian en función de los diferentes colorantes que fijan de acuerdo con su propia constitución química. Los ejemplos clásicos serían la tinción de GRAM o la de Ziehl-Neelsen Tinción de GRAM Figura 48. Imágenes de diferentes tinciones de Gram

La tinción de Gram es uno de los métodos de tinción más importantes. Se utiliza para diferenciar la morfología celular bacteriana (cocos, bacilos, positivos, negativos.). Esta tinción se denominada así por el bacteriólogo danés Christian Gram, quien la desarrolló en 1844. Sobre la base de su reacción a la tinción de Gram, las bacterias pueden dividirse en dos grupos, Gram-positivas y Gram-negativas (en este caso, los términos positivo y negativo no tiene nada que ver con carga eléctrica, sino simplemente designan dos grupos morfológicos distintos de bacterias). Las bacterias Gram-positivas y Gram-negativas tiñen de forma distinta debido a las diferencias constitutivas en la estructura de sus paredes celulares. La pared de la célula Gram-positiva es gruesa y consiste en varias capas interconectandas de peptidoglicano así como algo de ácido teicoico. Generalmente, 80%90% de la pared de la célula Gram-positiva es peptidoglicano. La pared de la célula Gram-negativa, por otro lado, contiene una capa mucho más delgada, únicamente de peptidoglicano y está rodeada por una membrana exterior

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compuesta de fosfolípidos, lipopolisacáridos, y lipoproteínas. Sólo 10% - 20% de la pared de la célula gram-negativa es peptidoglicano. Procedimiento para realizar la tinción de Gram Figura 49. Esquema del procedimiento de la tinción de Gram

Tomado de: http://pathmicro.med.sc.edu/fox/gram-st.jpg El frotis fijado con calor se tiñe durante 1 minuto con Cristal Violeta, se lava suavemente con agua para quitar el exceso de colorante. En este estado, todas las células, tanto las Gram-positivas como las Gram-negativas, están teñidas de azul o violeta oscuro. Luego se aplica durante 1 minuto una solución de lugol (yodo-yoduro potásico). El ingrediente activo es aquí el I2; el yoduro potásico (KI) simplemente hace soluble el I2 en agua. El I2 entra en las células y forma un complejo insoluble en agua con el cristal violeta. De nuevo tanto las células Gram-positivas como las Gram-negativas se encuentran en la misma situación. Se lava de nuevo con agua, se aplica una mezcla de alcohol etílico/acetona por partes iguales, el complejo I2-cristal violeta es soluble en esta mezcla motivo por el cual los microorganismos (Gram-positivos) no se decoloran, mientras que los (Gram-negativos) lo hacen. Se deja escurrir la mezcla y se cubre con Safranina (color de contraste) durante 20 seg. Los microorganismos Gram negativos toman la coloración roja de la Safranina. Lavar y secar. La diferencia esencial entre esos dos tipos de células está por tanto en su resistencia a la decoloración; esta resistencia se debe probablemente al hecho de que en el caso de bacterias Gram-negativas, la mezcla de alcohol/acetona es un solvente lipídico y disuelve la membrana exterior de la pared de la célula (y también puede dañar la 164

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membrana citoplásmica a la que se une peptidoglicano). La delgada capa de peptidoglicano es incapaz de retener el de complejo cristal violeta-yodo y la célula se decolora. Las células Gram-positivas, a causa de sus paredes celulares más espesas (tienen más peptidoglicano y menos lípido), no son permeables al disolvente ya que éste deshidrata la pared celular y cierra los poros, disminuyendo así el espacio entre las moléculas y provocando que el de complejo cristal violeta-yodo quede atrapado dentro de la pared celular. Después de la decoloración las células Gram-positivas son todavía azules, pero las Gram-negativas son incoloras. Diferencias en la composición de la pared celular de Gram positivos y Gram negativos Figura 50. Pared celular de las bacterias Gram positivas y Gram negativas

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Otras tinciones de uso habitual Rodamina – Auramina Figura 51. Mycobacterium tuberculosis

Tomado de: http://www.geocities.com/hmiguelito/diagn.htm

Los ácidos micólicos de las paredes celulares de las micobacterias poseen afinidad para los fluorocromos auramina y rodamina. Estos colorantes se fijan a las bacterias, que aparecen de color amarillo o naranja brillante contra un fondo verdoso. El permanganato de potasio, empleado como contraste, evita la fluorescencia inespecífica. Todos los microorganismos ácido-alcohol resistentes, incluyendo los esporozoarios parásitos, se tiñen con estos colorantes. Un aspecto importante de la coloración rodamina-auramina es que luego los frotis pueden ser reteñidos con la coloración de Ziehl-Neelsen o Kinyoun directamente sobre la tinción con el fluorocromo, si se elimina antes el aceite de inmersión. De esta forma, los resultados positivos pueden ser confirmados con las coloraciones tradicionales, que además.

ZIEHL-NEELSEN (BAAR) Las paredes celulares de ciertos parásitos y bacterias contienen ácidos grasos (ácidos micólicos) de cadena larga (50 a 90 átomos de carbono) que les confieren la propiedad de resistir la decoloración con alcohol-ácido, después de la tinción con colorantes básicos. Por esto se denominan ácido-alcohol resistentes. Las micobacterias como Mycobacterium tuberculosis y Mycobacterium marinum y los parásitos coccídeos como Cryptosporidiumse caracterizan por sus propiedades de ácido-alcohol resistencia. La coloración clásica de Ziehl-Neelsen requiere calentamiento para que el colorante atraviese la pared bacteriana que contiene ceras. Se ha desarrollado una coloración de ácido-alcohol resistencia modificada que diferencia las especies de Nocardia (bacterias ramificadas filamentosas cuyas paredes celulares 166

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contienen ácidos-grasos de unos 50 átomos de carbono), de los actinomices (muy semejantes pero no ácido-alcohol resistentes). Nocardia spp son decoloradas por la mezcla ácido-alcohol estándar pero no por un tratamiento más suave con ácido sulfúrico 0,5 a 1%. Estos microorganismos se denominan ácido-alcohol resistentes parciales o débiles. El frotis se tiñe durante unos 5 minutos con Carbolfucsina aplicando calor suave. Lavar con agua. Decolorar con alcohol etílico 95% con un 3% de ClH concentrado. Lavar y teñir durante 30-60 seg. con Azul de Metileno. Tinción de esporas (WIRTZ-CONKLIN) Figura 52. Clostridium perfringens

Tomado de: http://marvistavet.com/assets/images/Clostridium_perfringens.gif

Algunos géneros bacterianos, entre los que destacan Clostridium y Bacillus, producen en su interior formas de resistencia denominadas endosporas. Se producen cuando las condiciones ambientales son desfavorables (agotamiento de los nutrientes, temperaturas extremas, radiaciones, compuestos tóxicos, etc.) formándose una espora por cada forma vegetativa. Al finalizar el proceso de esporogénesis, la célula vegetativa se lisa y libera la espora al exterior. Cuando el ambiente es favorable, la espora germina generando una nueva forma vegetativa. La capacidad de germinar perdura durante años. Algunas de las bacterias productoras de endosporas son patógenas para el hombre, por lo que su estudio y observación son de enorme interés. Procedimiento: 1. Preparar los frotis bacterianos indicados. 2. Teñir con verde malaquita. Con unas pinzas de madera colocar la muestra encima de la llama del mechero para que el colorante humee, pero sin que hierva, durante 5 min. Añadir más colorante si la muestra se seca. 167

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3. 4. 5. 6. 7.

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Lavar con agua el resto de colorante. Teñir con safranina 1 min. Lavar con agua el resto de colorante. Secar la preparación. Observar la preparación al microscopio.

Para saber más: Técnicas de tinción Procedimientos de tinción

Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: La tinción es una técnica que utiliza colorantes para aumentar el contraste entre los microorganismos y el medio que los rodea. Se utiliza para diferenciar los tipos de células, los constituyentes celulares, tales como flagelos, esporas, cápsulas, paredes celulares, núcleo, mitocondria, etc. POSTULADO I: Generalmente se realiza la fijación del microorganismo antes de su coloración para evitar cambios estructurales en el protoplasma. POSTULADO II: La fijación produce habitualmente el encogimiento de las células; la tinción, por el contrario, hace que las células aparezcan mayores que lo que realmente son de manera que las medidas de las células que han sido fijadas o teñidas no pueden realizarse con mucha precisión.

2.3.5. Lección 30. Técnicas de recuento bacteriano

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Técnicas de Recuento Bacteriano Para el recuento de microorganismos presentes en una muestra de agua, suelo, aire, alimento, cultivos, entre otros, existen diferentes métodos o técnicas: Algunas técnicas son directas y permiten un recuento de todas las células, tanto las vivas como las muertas. Las medidas directas incluyen los recuentos directos al microscopio o recuento electrónico, el recuento en placa, o el cálculo del número más probable (NMP). Otras son medidas indirectas y miden una propiedad de la masa de las células como son la turbidez, el peso seco, o una actividad metabólica. Recuento de colonias o recuento estándar en placa se basa en contar las colonias de microorganismos que se desarrollan después de inocular en un medio de cultivo adecuado e incubar a una temperatura y tiempo determinados un volumen determinado de muestra. Se utiliza para determinar el número de células aisladas o microorganismos unicelulares viables como bacterias, levaduras, también se utiliza para el conteo de esporas fúngicas presentes en la muestra. La muestra a inocular debe ser homogénea y no contener conglomerados de células. Después de la incubación cada microorganismo o célula viable formará una masa visible de organismos, o sea una colonia. De esta manera el número de colonias permitirá a su vez determinar el número de organismos viables en la muestra sembrada. Se pueden utilizar sistemas de siembra en superficie, o en profundidad. Generalmente la muestra original se diluye para que el número de colonias desarrolladas en la placa se encuentren entre 30 y 300 colonias y así permitir un óptimo crecimiento y facilitar la lectura. Cuando la muestra se diluye el cálculo del resultado se realiza contando las colonias en aquellas placas que tengan entre 30 y 300, se promedia y se multiplica por el factor de dilución. Los resultados se expresan en colonias por ml. Los resultados también pueden expresarse en unidades formadoras de colonias (UFC), el valor de UFC es un valor que expresa el número relativo de microorganismos de un taxón determinado en un volumen de un metro cúbico de muestra. En el caso de alimentos el resultado se considera como un indicador de las características higiénicas generales del alimento. Un recuento en placa es una medida directa y proporciona un recuento de viables. En primer lugar, la muestra se diluye seriadamente, transfiriendo 1 ml de la muestra a 9 ml de medio estéril y se mezclan adecuadamente. Este proceso se repite basta obtener una dilución apropiada en este ejemplo, 1:100000 (10-5). Posteriormente se añade 0,1 ml a una placa de agar nutritivo, bien extendiéndolo en la superficie de la misma (método de extensión en placa) o mezclándolo con el medio (método de vertido en placa). Las placas 169

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se incuban y se recuentan las colonias que se desarrollan. Debido a razones estadísticas, las placas deben contener entre 30 y 300 colonias. En este ejemplo, la placa tiene 225 colonias. Figura 53. Recuento en placa dilución de la muestra

Tomado de: http://aulavirtual.usal.es/aulavirtual/demos/microbiologia/unidades/ documen/uni_02/58/texthtml/cap804.htm

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Equipo para conteo de colonias Figura 54. Contador de colonias

Imagen del Contador de Colonias del laboratorio de la Unad Para el recuento de colonias se emplean equipos que consiste en una pantalla iluminada la cual posee una gran lente de aumento; pueden ser: contadores de colonias en los cuales la caja de Petri se ajusta en una plataforma y se ilumina por debajo y al mismo tiempo la lente aumenta 1.5 veces el tamaño del objeto. También existe un contador electrónico de colonias en el cual la caja de Petri se ubica en una platina iluminada, luego se presiona la varilla de cuenta y el número exacto de colonias se proyecta instantáneamente en una pantalla digital Conteo celular directo Recuento celular microscópico directo: Se basa en colocar un volumen determinado de células sin fijar y realizar el conteo utilizando microscopía de fase. Para ello se utiliza la cámara de recuento de Petroff-Hauser o de Neubauer consistente en un portaobjetos con una excavación de 0.02 mm de profundidad en un área de 1 milímetro cuadrado, con una rejilla dividida en 25 cuadrados grandes los cuales a su vez se subdividen en 16 cuadrados de 4X4 o sea que la muestra se distribuye en 400 celdillas.

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Figura 55. Esquema de los elementos necesarios para el recuento de colonias

Tomado de: www.bact.wisc.edu/Microtextbook/index. php?module=Book&func=displayarticle&art_id=108

La muestra, se coloca en la excavación del portaobjeto y se cubre con el cubreobjetos se deja reposar sobre la platina del microscopio durante unos minutos, y se procede a contar el número de células en varias celdillas (generalmente en 16, equivalentes a uno de los cuadros grandes). Se anota el número n de células observadas en esas 16 celdillas. El recuento celular se calcula: n x 25 x 50 x 1000 = concentración en células/ml. Es un método muy rápido y sencillo pero no permite distinguir células vivas inmóviles de células muertas. Se utiliza en suspensiones concentradas Recuento de células bacterianas utilizando sistemas electrónicos del tipo Coulter Counter. El método consiste en colocar en una cámara del contador un volumen determinado del cultivo (suspensión bacteriana) luego se hace pasar a través un tubo capilar entre dos polos de una corriente eléctrica a otra cámara. El poro un pequeño orificio de unos 15 µm de diámetro forma parte de un circuito eléctrico, de manera que cada vez que pasa una célula a través del mismo, la conductividad del circuito disminuye y la presencia de la célula es detectada electrónicamente en el contador. Turbidez Se basa en la medida de la turbidez de los medios de cultivo en los que crecen microorganismos unicelulares. La turbidez es proporcional a la masa de las células en suspensión y su medida nos permite estimarla. Para ello se utiliza un espectrofotómetro que mide la cantidad de luz que transmite una solución o un cultivo líquido de células microbianas. A mayor masa de células en un cultivo, mayor será su turbidez, y menor la cantidad de luz que se transmitirá de manera que la lectura en el espectrofotómetro será mayor. Se utiliza en cultivos densos. Permite medir el crecimiento de poblaciones. Para medir la masa o el número de células con un espectrofotómetro, se debe preparar una curva patrón, o gráfica en la que se relacionan las medidas del espectrofotómetro con la

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masa celular o el número de células en un cultivo de un determinado y se expresa en unidades de absorbancia. Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE RELACIÓN Este tipo de preguntas consta de dos proposiciones así: Una Afirmación y una Razón, unidas por la palabra PORQUE. Usted debe examinar la veracidad de cada proposición y la relación teórica que las une. Para responder este tipo de preguntas, debe leerla completamente y señalar en la hoja de respuesta, la elegida de acuerdo con las siguientes instrucciones: Marque A si la afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque B si la afirmación y la razón y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque C si la afirmación es VERDADERA, pero la razón es una proposición FALSA. Marque D si la afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

El conocimiento de la cinética de crecimiento de los microorganismos es de sumo interés en el campo industrial, ya que permite conocer la manera de reproducción de las bacterias, permitiendo desarrollar métodos de catalización e inhibición de éstos y de prevención en caso de que el crecimiento sea en una forma desproporcionada y peligrosa PORQUE este conocimiento ayuda en diferentes campos, como por ejemplo, el alimenticio, en el cual el conocimiento de la cinética de crecimiento microbiano es un parámetro que indica la forma en que se deben colocar los preservantes en un producto determinado.

2.3.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 6 

Cálculo del número más probable (NMP), aplicado a microbiología del agua.



Batería de pruebas microorganismos

API20E:

Pruebas

bioquímicas

para

detección

de

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Bibliografía de la Unidad 2

BURROWS, W. (1987). Microbiología Médica (5a. Edición ed.). Editorial Panamericana. MARTÍNEZ, M. M. (1999). Microbiología (Segunda Edición ed.). Bogotá, Colombia: Unad. OROZCO, A. Microbiología Sanitaria (2a. Edición ed.). México: Editorial Interamericana. PELCZAR, M. J., REID, R. D., & CHAN, E. (1977). Microbiología (Segunda Edición ed.). Mexico: McGraw-Hill Book Co. ROSS, F. (1986). Introductory Microbiology (1986 ed.). Estados Unidos de América: Scott Foresman and Company. STAINER, R., ADELBERG, E., & INGRAHAM, J. (1984). Microbiología, versión española actualizada (Cuarta ed.). España: Reverté S.A. UNIVERSIDAD DE SALAMANCA. (s.f.). Capítulo 8: El crecimiento de los microorganismos. Recuperado el 3 de mayo de 2010, de Unisal: http://aulavirtual.usal.es/aulavirtual/demos/microbiologia/unidades/documen/uni_02/58/text html/cap801.htm VELAZCO FERNANDEZ, D. (Diciembre de 2002). Introducción a la microbiología clínica Técnicas de tinción. Recuperado el 3 de Junio de 2010, de Danival: http://www.danival.org/600%20microbio/6000notasmicro/tincion/_madre_tincion.htm

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Resumen de la unidad 2

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El intervalo de tiempo que transcurre para la formación de dos células a partir de la célula madre se llama tiempo de generación o tiempo generacional y varía en dependencia de las condiciones genéticas de las bacterias y de los factores nutricionales. El incremento en el número de las células en una población se denomina como crecimiento exponencial o logarítmico. Consta de 3 fases: log o de crecimiento exponencial, estacionaria y de muerte o de declive logarítmico. Los aspectos físicos que influyen de manera determinante en el crecimiento microbiano son: la temperatura, el pH y la presión osmótica. Los químicos son: el agua, las fuentes de carbono y de nitrógeno, los minerales, el oxígeno y los factores orgánicos del propio microorganismo. Los microorganismos obtienen su carbono a partir de compuestos orgánicos (microorganismos quimiheterótrofos), o del bióxido de Carbono (caso de los quimioautótrofos y fotoautótrofos). En el laboratorio de Microbiología todas las áreas deben estar debidamente marcadas con la señal de riesgo biológico y su nivel de contención. Se define esterilidad a la condición de ausencia de cualquier microorganismo. Los métodos de esterilización más usados en el laboratorio son calor seco, calor húmedo, flameado, utilización de soluciones químicas. La desinfección se refiere a la reducción de los organismos patógenos (organismos que ocasionan enfermedades). Los desinfectantes de acuerdo a su composición química se clasifican en: Fenoles, Hipocloritos (cloro), Yodoformos (yodo Povidona), Amonio Cuaternario, Formaldehídos, Peróxidos. Los desinfectantes pueden ser de bajo nivel, de nivel intermedio o de alto nivel. Para que los microorganismos crezcan adecuadamente en un medio de cultivo artificial éste debe reunir una serie de condiciones como son: temperatura, grado de humedad y presión de oxígeno adecuadas, así como un grado correcto de acidez o alcalinidad. Un medio de cultivo debe contener los nutrientes y factores de crecimiento necesarios y debe estar exento de todo microorganismo contaminante.

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3. UNIDAD 3: INDUSTRIAL

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SU

APLICACIÓN

Unidad 3: Ambientes microbiológicos y su aplicación industrial Palabras claves: Ecosistemas, ciclos biogeoquímicos, alteraciones, contaminación, etas, sistema inmune, vacunas, epidemiología. Horas de trabajo académico: El contenido de esta unidad corresponde a un crédito académico, que equivale a 12 horas de acompañamiento tutorial y 36 horas de trabajo independiente Introducción La Microbiología Industrial estudia todos aquellos aspectos de los microorganismos que tienen una aplicación industrial, tanto en la transformación de productos empleados en la alimentación como en la producción de sustancias tales como antibióticos, vitaminas, enzimas, así como en la obtención de masa microbiana (proteína unicelular, vacunas, fertilizantes microbianos, biopesticidas). Fruto del conocimiento de las capacidades que poseen los microorganismos ha sido, y sigue siendo, su inmediato aprovechamiento para estos fines y, así, a los métodos tradicionales de producción de sustancias por fermentación se han unido recientemente las técnicas de manipulación genética de los mismos que han permitido obtener, de forma masiva, nuevos productos de interés práctico que los microorganismos normalmente no sintetizan tales como insulina, hormona de crecimiento humana e interferón.

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Mapa conceptual

Objetivos  Definir la importancia de los microorganismos en los ecosistemas aire, agua y suelo. 

Conocer acerca de los microorganismos de interés industrial



Familiarizarse con microorganismos

las

aplicaciones

en

las

diferentes

industrias

de

los

Competencias  Analiza las aplicaciones de importancia industrial, la producción, el deterioro de alimentos, los sistemas de control microbiano y los principios de inmunología. 

Explica el uso de bacterias, hongos y levaduras, en la producción de alimentos.

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Analiza el rol de microorganismos patógenos según los usos del agua y se contemplan las normas de calidad microbiológica del agua.

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En las aplicaciones a la agricultura y la zootecnia, se explican los microorganismos del suelo, los simbiontes en la relación suelo-planta bioinsecticidas y bioferilizantes.

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En el área biotecnológica se analiza el uso de microorganismos para transmisión de información genética, la fabricación de vacunas e interferones.

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En el aspecto relacionado con el deterioro de alimentos, se analizan fuentes y causas del deterioro, enfermedades de transmisión alimentaria y otras temáticas.

Metas  El estudiante estará en capacidad de presentar y sustentar las principales informaciones relacionadas con la microbiología industrial, en especial en las industrias ambientales, de alimentos y farmaceútica. 

El estudiante presentará y sustentará un informe de análisis de las indagaciones realizadas como resultado del estudio orientado a la gestión sostenible de la industria relacionada con aplicaciones microbiológicas, con orientación comprensiva sobre protocolos de análisis experimental o manejos aplicados a problemas del entorno gestionables con el conocimiento de las características de microorganismos específicos.

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3.1. CAPÍTULO 7: MICROORGANISMOS EN LA NATURALEZA

Introducción Los microorganismos se encuentran por doquier en la naturaleza: en el aire, agua y suelos y juegan un sinnúmeros de papeles vitales en la vida del hombre y los animales. Afectan los procesos industriales. La naturaleza del microorganismo particular y el proceso industrial determinan si la relación es beneficiosa o perjudicial. Los microorganismos son fundamentales para la conservación de la vida en la tierra, son los principales productores de oxígeno por la fotosíntesis de los microorganismos marinos, esencialmente algas, la microbiota que hace parte de más de la mitad del componente del suelo o los microorganismos que hacen parte de la atmósfera y que son indispensables para la vida. La ecología microbiana es un campo científico que se ha desarrollado durante la segunda mitad del siglo XX. Como disciplina científica con entidad propia, surgió de la integración de subdisciplinas como la microbiología del suelo, la microbiología acuática, la microbiología molecular, la microbiología de los alimentos, etc. La ecología microbiana trata fenómenos y procesos naturales, interacciones entre microorganismos, con otras especies y con el medio. El conocimiento que proporciona contribuye al avance de la ciencia, a la vez que ofrece vías para responder y hallar soluciones a muchos de los problemas más acuciantes a los que se enfrentan las sociedades humanas modernas.

Objetivos  Definir la importancia de los microorganismos en la naturaleza, en sus ecosistemas, como el caso del agua y el suelo. 

Conocer las acciones benéficas y perjudiciales que cumplen los microorganismos en estos ecosistemas.

Definiciones (Universidad de Navarra, 208) Ecología microbiana: examen de las interacciones dinámicas de los microorganismos con su ambiente, tanto con el vivo (biótico) como con el abiótico.Las interacciones son dinámicas porque cambian con el tiempo mientras las diferentes poblaciones se van adaptando al ambiente (en sentido amplio) para lograr un equilibrio en el conjunto.

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Ecosistema: unidad ecológica básica, funcionalmente autosuficiente, autorregulable y estructurada, en la que cada población ocupa un nicho ecológico. Nicho: papel que desempeña una comunidad de organismos (población) en un ecosistema. Hábitat: lugar ocupado por un ecosistema Biosfera: porción de la tierra ocupada por los seres vivos. En ella se integran todos los ecosistemas en los que los microorganismos desempeñan funciones diversas. Ciclo biogeoquímico: movimientos de materiales a través de reacciones químicas en toda la biosfera. Supone un cambio de materiales entre las partes bióticas y abióticas de la biosfera. Los microorganismos, a través de sus actividades metabólicas, desempeñan un papel importante en el intercambio de materiales entre los diversos apartados de la biosfera. Los principales elementos integrantes de la materia viva son los más intensamente ciclados por los microorganismos: el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. La actividad humana que origina una liberación de elementos alterando los equilibrios de las etapas de los ciclos biogeoquímicos pueden tener gran importancia en el desarrollo de las poblaciones microbianas, de plantas y de animales y en la productividad de los ecosistemas particulares.

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3.1.1. Lección 31: Poblaciones en los ecosistemas

En el suelo o edosfera, existen un número inespecífico de comunidades de microorganismos (Sánchez-Yáñez), que viven en estrecho contacto que se relacionan de manera diversa, en evidente contraste con lo que se observa en medio de cultivo artificial del laboratorio de microbiología. Los miembros de la microbiota dependen unos de otros para utilizar compuestos inorgánicos y/o orgánicos en su supervivencia, y si el ambiente lo permite, el posterior crecimiento, al mismo tiempo durante la búsqueda de alimento base de su supervivencia, existen los que ejercen influencia negativa sobre otros, en especial cuando la biota autóctona, en contacto con la alógena o invasora ingresa al suelo cambia continuamente con las prácticas agrícolas culturales: como el enriquecimiento con estiércol animal, aplicación intensiva y extensiva de fertilizantes, pesticidas para controlar malezas, insectos, hongos y bacterias fitopatógenas. Ecología de las interacciones microbianas en el suelo16 En el suelo existen relaciones entre comunidades o especies: en el neutralismo los microorganismos son independientes; en simbiosis los asociados dependen uno del otro para un beneficio común; en la protocooperación los microorganismos establecen un beneficio mutuo pero sin dependencia vital, ello sucede durante la mineralización de la materia orgánica vegetal; en el degradación selectiva uno de los microorganismos se beneficia, pero el otro no es afectado, ni favorecido de ninguna forma; en la competencia uno de los dos es inhibido eliminado o suprimido, durante la lucha por los nutrientes y espacio, el nivel de concentración de éstos en el suelo son factores limitantes de la actividad microbiana; en el amensalismo uno de los asociados se inhibe por la síntesis de un antibiótico o toxina, el responsable no sufre efecto negativo; en el parasitismo uno asociado depende de manera parcial o total para su reproducción del 16

Adaptado de: microbianas.shtml

http://www.monografias.com/trabajos35/interacciones-microbianas/interacciones-

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otro; en la predación cual asociación sea orgánica en el suelo, biota que estimule el producción vegetal.

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uno asociado es el alimento y el otro lo consume. Independiente de dominante influye en los procesos de degradación de materia en la proliferación de fitopatogenos, en el establecimiento de una desarrollo radical y en consecuencia influya favorablemente en la

Los factores químicos y físicos afectan las interacciones microbianas, para que haya un equilibrio entre los asociados, aún en las negativas, en términos de la producción de un cultivo agrícola específico, el resultado puede ser: plantas enfermas con pérdidas económicas o sanas con ganancia para el agricultor. Relaciones benéficas o positivas En el suelo, la rizósfera, el rizoplano, el tallo y las hojas es posible observar interacciones positivas cuando se colonizan por los microorganismos del tipo: simbiosis y protocooperación. La protocoperación es una asociación benéfica que involucra a dos especies, una que degrada un compuesto orgánico no aprovechable por la segundo, la actividad de degradación de la primera que genera productos asimilables para la segunda; ésta es común en el suelo después de la adición de abonos verdes o animales. La protocooperación nutricional es común en medio de cultivo artificial, sin ácido nicotínico y biotina, donde ni Proteus vulgaris, ó Paenibacillus se multiplican, se reportan interacciones nutritivas entre bacterias y hongos para vitaminas, aminoácidos y purinas, la protocooperación influye positivamente en el rendimiento de un cultivo agrícola pues existen microorganismos que producen fitohormonas para estimular el sano crecimiento de las plantas. La existencia en el suelo de raíces vegetales que contiene especies bacterianas con necesidades nutricionales, limitados por la concentración de los carbonados e inorgánicos. Estos microorganismos son fundamentales en el desarrollo radical sano, liberados por una microbiota que crece al mineralizar residuos vegetales, cuando se incorporan abonos verdes y animales. Las interacciones microbianas positivas dependientes de factores de crecimiento son clave en raíces vegetales para la nutrición mineral de plantas sanas. En las asociaciones simbióticas del tipo Rhizobium-leguminosa o raíces-hongos en las micorrizas son fundamentales en la producción sustentable basada en una racionalización de fertilizante nitrogenado y fosforado que mantenga un rendimiento rentable sin contaminar acuíferos ni aumentar elcosto de producción.

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Las bacterias que se asocian positivamente con protozoarios, se benefician al recibir nutrientes y protección, para los ciliados las bacterias son esenciales en su multiplicación, a su vez éstos favorecen la degradación de abonos orgánicos y animales en pro de un suelo fértil, necesario para una adecuada producción agrícola. El beneficio mutuo de leguminosas y rizobios es por el nitrógeno proporcionado a las plantas vía bacteria al fijar N2, mientras el carbono transferido a Rhizobium por su hospedero mediante la fotosíntesis del CO2, las micorrizas, asociación hongo-raíz, el hongo recibe nutrientes esenciales para multiplicarse con las raíces del hospedero, cuando en el suelo existe una deficiencia de fosfatos solubles suficientes para que la planta aumente su tasa de absorción de fósforo, nitrógeno y otros minerales, esta relación es crítica para la producción vegetal en suelo alcalino. Otro ejemplo son los insectos que maceran hojas, flores y otros residuos vegetales e inoculan un hongo para degradar losdeshechos de plantas, hecho que favorece el composteo de abonos para la recuperación de suelos nutricionalmente pobres y de mínima productividad agrícola. Asociaciones ecológicas neutras El suelo, la rizósfera de plantas y sus hojas constituyen un ambiente para la microbiota: bacterias, actinomicetos, hongos, levaduras, protozoarios y nematodos. La interacción neutra o soprofismo se observa en la degradación de los residuos vegetales que consiste en que los microorganismos que viven en alguna parte de la planta mineralicen las sustancias de desecho para que a su vez la planta absorba los nutrientes inorgánicos. En general las bacterias heterotróficas al igual que los hongos y protozoarios son fundamentales para que los componentes vegetales: celulosa, hemicelulosas, pectina, almidón y otras sustancias de fácil mineralización, en consecuencia liberen el CO2 y ácidos orgánicos que solubilizan minerales como los fosfatos, contribuyen a la salud de la planta. Este proceso de mineralización es clave para que en el suelo existan los minerales disponibles, que los vegetales requieren para un desarrollo sano y un rendimiento rentable. Generalmente la actividad de la microbiota heterotrófica se considera un factor limitante de la fertilidad de un suelo, la liberación de los nutrientes inorgánicos que se reciclan para que el suelo mantenga su productividad, en especial cuando se restringe o regula la aplicación de fertilizantes químicos con base en los tipos de nitrógeno inorgánico e orgánico, en los fosfatos y otros microelementos. Bajo estas circunstancias los saprobios ayudan a la mineralización de la materia orgánica en el suelo a favor de las plantas. El comensalismo es equivalente al inquilinismo cuando los asociados viven físicamente en el mismo sitio, sin daño o de beneficio, como los géneros bacterianos: Pseudomanas spp, Bacillus, Arthrobacter, los actinomicetos del 183

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tipo Streptomyces, Micronomospora, al igual que hongos: Penicillium, Aspergillus, Cheatomium y otros que reciclan la materia orgánica a minerales que las plantas necesitan para crecer y que a la vez conservan la fertilidad del suelo. Así, la interacción será positiva, en este caso la simbiosis Rhizobium-leguminosa, como las micorrizas apoya una producción agrícola, al regular la dosis de los fertilizantes químicos en beneficio de la fertilidad del suelo. Interacciones negativas Los microorganismos inoculados en suelos estériles se multiplican rápido, sin embargo, como en el caso de Rhizobium ello provoca su eliminación en semanas, o menos tiempo, en consecuencia la leguminosa no responde a la inoculación sin lograr el rendimiento esperado, así es necesario seleccionar un Rhizobium nativo y específico para la leguminosa, en el suelo elegido, para un pronóstico favorable en términos de rendimiento, ahorro de fertilizante y productividad rentable. Las interacciones negativas como la que enfrenta Rhizobium se resumen en términos de: competencia, amensalismo, parasitismo y predación, con base a: a) la competencia por nutrientes limitantes de crecimiento como el nitrógeno; b) liberación de tóxicos en contra del asociado como los antibióticos que matan Rhizobium, c) el canibalismo de un microorganismo sobre otro,como Bdellovibrio ataca y consume las células de Rhizobium d) por la actividad microbiana quimiolitotrofica de liberación de ácidos nítrico y sulfúrico que matan bacterias sensibles al pH ácido como Rhizobium; f) por bacterias que causan la lisis de Rhizobium como sucede con los bacteriófagos o rhizobiofagos, aunque existe para lizar cualquier otro género de bacterias benéficas de plantas. Amensalismo Cuando una suspensión de suelo se siembra en agar nutritivo, bacterias, actinomicetos y hongos generan una o más colonias, que producen una zona clara sin crecimiento, o halo de inhibición, evidencia de que esa colonia produce un antibiótico, que evita el desarrollo de otros en baja concentración.

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Figura 56. Rhizobium, streptomyces griseus

Los habitantes del suelo que liberan antibióticos son: actinomicetos, bacterias y hongos; el primer grupo es el más activo, como ejemplo la síntesis de: estreptomicina, cloramfenicol, cicloheximida y clorotetraciclina, esta capacidad de liberar estos antimicrobianos escomún en los géneros:Streptomyces, Nocardia y Micromonospora, y en las especies de Bacillus yde Pseudomonas que liberan piocianina; en los hongos, Penicillium,Trichoderma, Aspergillus, Fusarium.También producen antibióticos efectivos para inhibir otros hongos, bacterias y actinomicetos. Una alta proporción de microorganismos heterotroficos del suelo generan antibióticos en medio de cultivo artificial, la mayoría de esas antimicrobianos. Los sintetizan saprobios del suelo, este fenómeno natural supone que estos productos tienen beneficio para las células que lo hacen como ventaja de competencia natural como sucede con Rhizobium en leguminosas. Aunque no existe evidencia de que esa capacidad favorece su supervivencia. La capacidad de una especie microbiana para colonizar un sitio microscópico depende de la supresión de sus vecinos mediante la síntesis de antibióticos como se reporta sucede con Rhizobium, Azotobacter, Azospirillum y Burkholderia; además existen en el suelo la fungistasis, que inhibe, pero no mata hongos, pero si sus conidias, hifas, esclerotes y ascosporas, el grado de inhibición de los hongos varía según el tipo de suelo, el número, la identidad de los compuestos es desconocido. Los principios fungistáticos son microbianas, fitopatógneos, moléculas termolábiles. El suelo contiene factores perjudiciales para algunos grupos microbianos sean o no patógenos para plantas y/o animales, así extractos del suelo poseen sustancias que evitan la multiplicación bacteriana, evidencia sugiere que se generan en las raíces de plantas, en suelo con alto contenido en materia orgánica, etc., como la paja enterrada que colonizada conCephalosporium gramineum que le causa una enfermedad del trigo de invierno contiene un antibiótico que sintetiza en medio de cultivo. 185

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Hongos en simbiosis micorrícica con plantas sintetizan un inhibidor en medio de cultivo; lo que explica la conocida protección de la micorriza contra la infección radicular de hongos fitopatógenos. Se reporta que sustancias que se sintetizan en el suelo controlan la actividad de mineralización de poblaciones microbianas heterotróficas nativas, ese es el caso del CO2, el NH3, el nitrito, el etileno, y compuestos de azufre; en el campo el amoniaco es un inhibidor de Nitrobacter, el NH3 proviene de la descomposición de residuos vegetales ricos en nitrógeno, lo que suprime hongos, en la fase gaseosa eleva el pH, el nitrito que se acumula fungicida, así como el NH3 anhidro, los fertilizantes a base de amonio. Parasitismo y predación La predación es una de la interrelación microbiana común en el suelo, la rizósfera, el rizoplano y las hojas de las plantas y que se usa en el controlbiológico de plagas y enfermedades agrícolas, de los habitantes del suelo, las bacterias son susceptibles al ataque de predadores; como los protozoario que afectan negativamente sus poblaciones al consumir millones, lo cual se observa cuando se inoculan bacterias promotoras de crecimiento vegetal como: Azospirillum, Derxia, Burkholderia, Azotobacter. Los protozoarios limitan la densidad de ese tipo de poblaciones bacterianas, reduce su abundancia lo que causa que se inhiba su efecto positivo sobre el cultivo vegetal. Al evitar el establecimiento de ciertas bacterias en el suelo, falla la inoculación de Rhizobium en leguminosas, y la optimización de la fertilización nitrogenada, que asegure un rendimiento rentable, sin la sobreexplotación del suelo, por eso es necesaria una selección de Rhizobium para superar el problema de la predación de los protozoarios al inocular las leguminosas. Los hongos mucilaginosos consumen ese tipo de bacterias, las mixobacterias son el mayor depredador de cómo Azospirillum, aunque algunas comoBurkholderia son resistentes a la predación. Las mixobacterias no sólo se alimentan de bacterias, también de algas, hongos y levaduras; existen grupos microbianos que tienen parásitos que viven sobre o dentro de sus células, como los bacteriófagos, distribuidos en el suelo y la rizósfera de plantas. Mientras Bdellovibrio ataca otros géneros bacterianos, su necesidad de grandes densidades de bacterias para su multiplicación, que Bdellovibrio afecta la actividadde las bacterias benéficas de raícescomo: Rhizobium, Azotobacter, Burkholderia. Mientras los hongos microbianos son susceptibles al parasitismo; sus hifas, conidias, clamidosporas, osporas, zoosporas, esclerotes y otras estructurasde latencia son atacados; hongos de parásitos: Gliocladium, Penicillium, Rhizoctonia y Trichoderma.

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El impacto de la contaminación ambiental sobre las interacciones microbianas Actualmente esta ampliamente documentado el impacto negativo del hombre sobre los procesos naturales de descomposición de materia orgánica y de su inmovilización para que los ciclos biogeoquímicos faciliten la productividad agrícola. Desde el inicio de la agricultura esta actividad fue considerada contaminante por sus efectos sobre la estructura del suelo, con la introducción del monocultivo vegetal, al igual que el uso intensivo y extensivo de fertilizantes químicos y pesticidas para el control de plagas y enfermedades, y por elempleo de maquinaria agrícola con sus insumos, que tuvieron y tienen un drástico impacto sobre las diversas interacciones microbianas, que influyen directa y drásticamente sobre los procesos de descomposición de materia orgánica que aumenta o reduce la productividad de un suelo al cambiar las concentraciones de los macroelementos limitantes de su crecimiento, además de la aplicación de pesticidas de amplio espectro, que reducen la densidad y diversidad de las poblaciones microbianas, que favorecen la dominancia de los que causan problemas de sanidad vegetal, al eliminar las poblaciones nativas antagonistas de los fitopatógenos, así como de aquellas benéficas. En consecuencia suelos originalmente productivos se transforman en pobres y contaminados por su perdida de diversidad biológica y de minerales que faciliten la producción agrícola. La agricultura sustentable es un intento por retornar a practicas culturales que causen el mínimo impacto negativo sobre las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos, para una producción agrícola basada en la conservación del suelo, que evite su sobreexplotación: mediante la labranza cero, optimización en el uso y manejo del agua, por la restricción estricta en la aplicación de fertilizantes químicos, con una tendencia a su disminución o sustitución con abonos verdes, animales o composta. Estas estrategias favorecen la conservación del suelo y el mantenimiento de la diversidad biológica en la que las interacciones microbianas en equilibrio, aseguren la dinámica de los ciclos y que la contaminación ambiental de cualquier tipo sea mínima. Si el manejo de la producción agrícola no da un drástico giro el problema futuro de alimentar a la humanidad será crítico, pues el suelo y agua manejados como hasta hoy, están en riesgo de desaparecer, es por ello que la política para el campo y ley intentan que la producción vegetal se modifique hacia un esquema de conservaciónrecursos naturales.

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: Los hongos son los principales agentes de descomposición de la materia orgánica en todos los ambientes ácidos. Los hongos poseen una red de filamentos o hifas en el suelo y su micelio puede subdividirse en células individuales por medio de paredes transversales o septos. Los micelios fungosos se pueden observar fácilmente en los humus tipo mor y moder. POSTULADO I: Los hongos participan en la formación del humus y contribuyen al reciclaje de nutrientes y a la estabilidad de agregados mediante la degradación de residuos vegetales y animales. POSTULADO II: Una de las principales actividades de los hongos es la descomposición de la celulosa, hemicelulosa, pectinas, almidón, grasas y compuestos de lignina.

3.1.2. Lección 32: Actividades biogeoquímicas de los microorganismos

Intervención de los biogeoquímicos17

microorganismos

en

las

transformaciones

o

ciclos

Las bacterias y los hongos son los microorganismos que, junto a los productores, permiten la existencia del ciclo de la materia en la biosfera. Su función es descomponer la

17

Adaptado de: http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2bch/B5_MICRO_INM/T51_MICROBIOLOGIA/informa cion.htm

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materia orgánica procedente de restos vegetales, cadáveres y excrementos, convirtiéndola en materia inorgánica que vuelve a ser utilizada por los productores. La actividad de los descomponedores en la biosfera permite que la materia se recicle y no se disperse en las sucesivas transferencias, como ocurre con la energía. Muchos de los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos a unos circuitos cíclicos que consisten, básicamente, en que pasan de formar parte 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. Estos ciclos de la materia son los ciclos biogeoquímicos. Como ejemplos de ciclos biogeoquímicos, y el papel que desempeñan microorganismos en ellos, estudiaremos el ciclo del carbono y el ciclo del nitrógeno:

los

Figura 57. Ciclos biogeoquímicos

http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2bch/B5_MICRO_INM/T51_MICROBIOLOGIA/diaposi tivas/Diapositiva76.JPG

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EL CICLO DEL CARBONO Mediante el proceso de fotosíntesis, las plantas toman el carbono en forma de CO 2 de la atmósfera o del agua, asimilándolo durante la fase oscura de dicho proceso para formar moléculas orgánicas. Parte del carbono vuelve al medio inerte en la misma forma de CO2 como resultado de la respiración tanto de las propias plantas como de los organismos consumidores y descomponedores. Los desechos, restos o cadáveres que contienen carbono vuelven también al medio inorgánico por acción de los descomponedores (bacterias y hongos). Una parte muy importante del carbono, puede tardar millones de años en incorporarse al medio inerte. Es el caso del carbono que llega a formar parte del petróleo y del carbón mineral. Este carbono puede volver al ciclo por combustión de estos combustibles fósiles. Figura 58. Ciclo del carbono

Tomado de: http://www.lenntech.com/espanol/ciclo-nitrogeno.htm

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Movilización e inmovilización microbiana del carbono La actividad microbiana puede hacer el carbono inaccesible a los consumidores mediante transformaciones que lleven a la formación de humus (restos de material vegetal difícilmente metabolizable) o a la producción de metano. Así mismo, la conversión de formas de carbono no digestibles (celulosa, materia fecal) en biomasa utilizable es resultado de la actividad microbiana. EL CICLO DEL NITRÓGENO

La fuente principal de nitrógeno es la atmósfera, de la que este gas constituye un 78%; sin embargo, este nitrógeno atmosférico sólo puede ser fijado por un grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno que transforman este gas en compuestos nitrogenados utilizados directamente por las plantas. Entre el grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno está el género Rhizobium que se encuentra en simbiosis con las raíces de las plantas leguminosas (guisantes, judías, tréboles, alfalfa, etc.), estas bacterias se introducen en los tejidos del vegetal, donde proliferan y desarrollan una especie de nódulos fijadores del nitrógeno.

Figura 59. Ciclo del nitrógeno

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http://www.lenntech.com/espanol/ciclo-nitrogeno.htm El resto de las plantas depende del nitrógeno que se encuentra en el suelo, de donde lo toman en forma de nitratos. Cuando cualquier organismo muere, el nitrógeno de los restos orgánicos, como son las proteínas y los ácidos nucleicos, por acción de bacterias y hongos presentes en el suelo, se convierte en amoniaco o ión amonio (amonificación). Otros grupos de bacterias del suelo oxidan los iones amonio a nitritos y finalmente las bacterias nitrificantes oxidan los nitritos a nitratos. Los nitratos son ya fácilmente absorbidos por las raíces de las plantas y utilizados para formar moléculas propias, que contienen nitrógeno (proteínas y ácidos nucleicos). Mediante las cadenas tróficas posteriores, el nitrógeno asimilado en estas moléculas del vegetal pasa a los animales. Existe un grupo de bacterias desnitrificantes que en condiciones anaerobias y de inundación convierten los nitratos del suelo en nitrógeno molecular que escapa a la atmósfera. Por eso los agricultores drenan las tierras para reducir la desnitrificación y añaden fertilizantes para incrementar los niveles de nitrato del suelo.

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Ciclo del azufre18 El ciclo comprende varios tipos de reacciones redox desarrolladas por microorganismos: Figura 60. Esquema del ciclo del azufre Tomado de:

http://platea.pntic.mec.es/~cmarti3/CTMA/BIOSFERA/ciclos.htm

1.- Ciertos tipos de bacterias son capaces de extraer el azufre de compuestos orgánicos (proceso de desulfuración) que rinde SO4= en condiciones aerobias y H2S en condiciones anaerobias. 2.- Bacterias anaerobias respiradoras de SO4= que producen la acumulación de H2S hasta alcanzar concentraciones tóxicas. 3.- Bacterias fotosintéticas anaerobias pueden usar el H2S como donador de electrones en sus procesos metabólicos dando lugar a depósitos de azufre elemental (Sº). 4.- Bacterias quimiolitotrofas que utilizan el H2S como fuente de energía para la producción de ATP. 18

http://www.unavarra.es/genmic/curso%20microbiologia%20general/50-ciclos%20biogeoquimicos.htm

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En muchos casos se producen asociaciones entre bacterias formadoras y consumidores de H2S en un sistema balanceado. En todos los caos, el Sº es la forma no asimilable y sólo puede entrar en el ciclo por la acción de algunas bacterias que son capaces de oxidarlo a SO4=. Drenaje ácido de las minas En minas de carbón en muchas ocasiones hay una contaminación con pirita (Fe 2S) que se oxida rápidamente en contacto con el aire y por acción microbiana. La oxidación de estos sulfuros puede dar lugar a la producción de grandes cantidades de SO 4H2 que acidifica el suelo impidiendo todo crecimiento posterior de plantas o de bacterias no acidófilas extremas. Este ácido puede alcanzar el agua de los ríos al escurrir de las pilas de carbón que están sufriendo el proceso. Otros ciclos Fósforo Este ciclo no está sometido a procesos redox porque la forma esencial del fósforo (tanto orgánico como inorgánico) es el fosfato. La actividad microbiana reside en la capacidad de producción de otros ácidos orgánicos que aumenten o disminuyan la solubilidad de los fosfatos en el ecosistema haciéndolos más o menos accesibles a otros organismos. El fosfato suele ser limitante del crecimiento. Una entrada masiva de fosfatos en el sistema (como ocurre debido al empleo masivo de detergentes fosfatados) aumenta la productividad del ecosistema con lo que la materia orgánica aumenta considerablemente. Cuando esta materia orgánica comienza a descomponerse, se incrementan los procesos de respiración y, por consiguiente, el consumo de oxígeno, lo que genera un incremento de anaerobiosis conocido como proceso de eutrofización. Hierro El ciclo de este elemento está asociado a la conversión entre sus formas Fe2+ más solubles que las Fe3+. Los microorganismos que oxidan hierro (quimiolitotrofos) producen cambios en la accesibilización del elemento a otros miembros del ecosistema. Calcio El ciclo biogeoquímico del calcio consiste en variaciones de su solubilidad debido a la formación de compuestos carbonatados más (Ca(CO3H)2) o menos (CaCO3) como consecuencia de la liberación por microorganismos de ácidos orgánicos que desplacen el equilibrio entre ambas formas.

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Metales pesados Los microorganismos pueden cambiar el estado de oxidación o de modificación (metilación, por ejemplo) de metales pesados de manera que aumenten o disminuyan su toxicidad o su adsorción a las membranas y estructuras biológicas, lo que influye en su acumulación a lo largo de la cadena trófica. Transferencia Escoje la secuencia que corresponde al ciclo del nitrógeno: 1. Por acción de las bacterias Nitrosomonas el amoniaco (NH3) se oxida a nitritos (NO2) 2. Las bacterias Nitrobacter a su vez transforman los nitritos en nitratos donde el nitrógeno vuelve a quedar disponible para las plantas 3. Los residuos vegetales, componen la materia orgánica, que por acción microbiológica se transforman en amoníaco 4. El nitrógeno atmosférico es fijado mediante las bacterias simbióticas en los nódulos radiculares de las leguminosas, para que lo puedan absorber las plantas A. 1–4–3–2 B. 3–2–1–4 C. 2–4–3–1 D. 4–3–1–2

3.1.3. Lección 33: Flora microbiana del aire

Las

bacterias19 son microorganismos microscópicos unicelulares,con un núcleo de tipo primario, sin membrananuclear claramente definida, por lo tanto corresponden aprocariotas, del reino mónera. Su reproducción es predominantementeasexuada por fisión binaria y se caracterizan porsu forma, tamaño y estructura. Su tamaño es de entre 0,5 y50 μ, y crecen formando células aisladas, cadenas o colonias,especialmente a nivel de la rizósfera. Las bacterias individualespueden presentar formas esféricas (cocci), cilíndricas (bacilo)y en espiral (espiral). Las bacterias se agrupan formandopares, racimos 19

Tomado de: http://www.conama.cl/biodiversidad/1308/articles-45207_recurso_4.pdf

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y cadenas y se encuentran prácticamente entodos los medios naturales. Generalmente son saprófitos aeróbicos, anaeróbicos o facultativos. La mayoría satisface susnecesidades energéticas y de carbono utilizando sustanciasorgánicas fácilmente degradables, como azúcares, almidón, pectina, celulosa; por tanto, estas bacterias son heterotróficaso quimioorganotrofas. Otras, las denominadas autotróficas, usan como fuente de carbono, bicarbonatos o anhídrido decarbono. Si obtienen la energía de la oxidación de compuestosminerales como sales de amonio, de nitrito, de hierro, son las quimiolitotrofas; las que requieren luz solar, por suparte, son las fotolitotrofas, y generan materia orgánica porfotosíntesis. Algunas bacterias forman esporas resistentes aambientes adversos, lo que hace muy difícil su eliminación. Estas bacterias esporuladas son muy comunes en suelo, aguay aire. Microbiología del aire20: Una gran variedad de organismos que cambian su localización geográfica durante su ciclo de vida, lo hacen a través de la atmósfera. Por tal motivo, las partículas biológicas están siempre presentes en dicho ambiente, aunque su número y viabilidad cambien con las horas del día, las condiciones del tiempo, las estaciones del año y su ubicación geográfica. El tamaño de la biota que fluye en la atmósfera varía desde micrómetros como en el caso de virus, bacterias, esporas y polen, hasta milímetros, como en el caso de semillas e insectos sin alas. La aerobiología es una disciplina relativamente nueva, surgida alrededor de 1930 y que se encarga de estudiar el aerotransporte pasivo de los microorganismos, su identificación, comportamiento, movimientos y supervivencia, sumando conocimientos de microbiología, meteorología, física de los aerosoles y la química atmosférica. La mayoría de las bacterias que entran a la atmósfera provienen de fuentes naturales como la vegetación, el suelo y los cuerpos de agua y en menor proporción de las actividades antropogénicas; su supervivencia y distribución están moduladas por factores biológicos, meteorológicos (como el viento, la radiación solar, la temperatura, la humedad relativa) y por la química atmosférica. A la atmósfera se pueden introducir una gran variedad de partículas de origen biológico, como granos de polen, esporas fúngicas, bacterias, algas, protozoarios, insectos y ocasionalmente virus. En general, las partículas predominan en las partes bajas de la

20

Tomado de: (Irma Rosas) http://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=oQOSGAJPwZkC&oi=fnd&pg=PA13&dq=microbiologia+ambie ntal+ecología&ots=SDaV9Ddyyc&sig=5E-_cX9WkUDoyTMm7hLlJCj_9eg#v=onepage&q=&f=false

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atmósfera cerca de las fuentes locales de generación. Sin embargo, algunas esporas, de hongos y bacterias pigmentadas se han recuperado a 77 km de altura. Figura 61. Comportamiento de un fitopatógeno

Tomado de: Microbiología Ambiental

Las bacterias constituyen uno de los grupos más abundantes en el ambiente, en condiciones naturales se les encuentra en el suelo, el agua y las plantas, principalmente los organismos saprobios. Debido a que carecen de mecanismos activos de liberación, son introducidos a la atmósfera por procesos mecánicos, directamente por la acción del viento y la lluvia sobre el suelo, los cuerpos de agua y la superficie de las hojas, e indirectamente por la acción de las olas y la formación de burbujas sobre los sistemas acuáticos. La superficie de los vegetales se considera un sistema abierto, en continuo intercambio con la atmósfera. Este hábitat aéreo, cercano a la superficie de las plantas y con el que se mantiene cierta relación, se conoce con el nombre de filosfera y sus habitantes son llamados epífitos. En gran parte el interés por el estudio de la filosfera se deriva de la necesidad de conocer el comportamiento (dispersión, colonización, sobrevivencia y patogenicidad) así como el control de los fitopatógenos, que son abundantes en este ambiente.

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: Las bacterias metanogénicas están ampliamente distribuidas en la naturaleza en sitios carentes de oxígeno y por esta razón es imposible encontrarlas a cielo abierto, ya que el oxígeno es altamente tóxico para estos organismos. POSTULADO 1: Es posible que las bacterias metanogénicas existieran en casi cualquier sitio cuando la Tierra era aún joven, ya que probablemente las condiciones atmosféricas eran más adecuadas para ellas. POSTULADO 2: Es frecuente encontrar a estas bacterias asociadas a otras como las del género Clostridium, que metabolizan la materia orgánica en descomposición y liberan al medio hidrógeno como producto de desecho.

3.1.4. Lección 34: Microbiología del suelo

Procesos biológicos21 Como sabemos, el suelo y los organismos tienen una estrecha relación(Lomeli). Uno y otros interactúan dando las cualidades que los caracterizan. Esta interdependencia queda de manifiesto en el proceso de formación de una comunidad clímax a partir de un pantano, tal como se puede observar en la siguiente secuencia esquemática:

21

Adaptado de: http://www.sagan-gea.org/hojaredsuelo/paginas/10hoja.html

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Figura 62. Esquema de la formación de una comunidad clímax

http://www.sagan-gea.org/hojaredsuelo/paginas/formac_suelo.jpg

Este proceso se ha llevado muchos años de transformación en el que se han asentado y reemplazado sucesivas comunidades. En el suelo se encuentran bacterias, hongos, protozoarios, ácaros, coleópteros, hormigas, nemátodos, miriápodos, colémbolos, rotíferos, larvas, lombrices y otros microorganismos que participan en fenómenos de increíble complejidad, dentro de redes tróficas, para la transformación de la materia orgánica e inorgánica. (Para conocer más sobre la complejidad de estas redes puede consultarse el suelo de los bosques.

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Figura 63. Organismos del suelo

http://www.sagan-gea.org/hojaredsuelo/paginas/microor'.gif

La actividad de los microorganismos es muy importante para la transformación y la vida de los suelos. Las bacterias y los hongos participan en los ciclos del carbono, nitrógeno, azufre, fósforo y en la incorporación del potasio y el magnesio, entre otros, para su asimilación por los vegetales. Los procesos biológicos más importantes que se desarrollan en el suelo son: humificación (descomposición de la materia orgánica por hongos, bacterias, actinomicetos, lombrices y termitas), transformaciones del nitrógeno (amonificación, nitrificación, fijación) y mezcladesplazamiento (lombrices y termitas principalmente). La fuente principal del nitrógeno utilizado por las plantas es el nitrógeno del aire (78 % de la atmósfera terrestre), sin embargo, en esa estructura no es utilizable por las plantas superiores. Los caminos principales por los que el nitrógeno es transformado a formas (estructuras) utilizables por las plantas superiores son los siguientes: 1. Fijación por Rhizobium y otros microorganismos que viven simbióticamente en las raíces de las leguminosas (alfalfa, trébol, guisantes, soya, cacahuates y habas) y otras determinadas plantas no leguminosas. 2. Fijación por microorganismos que viven libremente en el suelo (numerosas especies de algas azul-verdosas y ciertas bacterias como: las Rhodospirillum que son fotosintéticas, Clostridium, que es una saprofita anaerobia y las saprofitas aerobias: Acetobacter y Beijerinckia) y quizá por organismos que viven en las hojas de las plantas tropicales. 200

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Las algas azul-verdes soportan un amplio rango de condiciones ambientales, incluyendo superficies rocosas y extensos terrenos áridos. Son completamente autótrofas y requieren sólo luz, agua, nitrógeno libre (N2), dióxido de carbono (CO2) y sales que contengan los elementos minerales esenciales. Su importancia reside principalmente en que suministran nitrógeno asimilable a otros organismos durante los primeros estadios de la formación del suelo. Figura 64. Algas verdeazules

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Las bacterias que viven libremente requieren de residuos orgánicos como fuente de energía, parte de la energía de la oxidación de la materia orgánica la utilizan para fijar el nitrógeno elemental. La rizosfera de las raíces de las plantas (área del terreno adyacente a las raíces) es una zona de alto contenido en residuos orgánicos de la planta, donde tiene lugar la fijación del nitrógeno por las Azotobacter y las Clostridium. 3. Fijación como amoníaco, NO31+ , CN2 2- , por alguno de los varios procesos industriales para la fabricación de fertilizantes nitrogenados sintéticos. 4. Fijación, como alguno de los óxidos de nitrógeno, por las descargas eléctricas atmosféricas. El nitrógeno en la atmósfera está en forma de amoníaco, NH3, nitratos, NO31-, nitritos, NO21-, óxido nitroso y compuestos orgánicos, las cuales son arrastradas por la lluvia. Las bacterias y los hongos habitan principalmente en los suelos bien aireados, pero solamente las bacterias realizan la mayor parte de los cambios biológicos y químicos en los ambientes anaerobios. Las bacterias son muy pequeñas, son raras las que llegan a medir varias micras de longitud. Se les clasifica en aerobias a las que viven sólo en presencia de oxígeno; anaerobias las que viven sólo en ausencia del oxígeno y

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anaerobias facultativas aquellos organismos que pueden desarrollarse en presencia o en ausencia de oxígeno. Figura 65. Micelio (esporangios) de hongo

http://www.sagan-gea.org/hojaredsuelo/paginas/asper.jpg La mayor parte de los organismos del suelo utilizan a los compuestos orgánicos complejos como fuente de energía y carbono a los que se clasifica como heterótrofos. Hay un pequeño grupo de microorganismos que usan al bióxido de carbono como única fuente de carbono y se les clasifica como autótrofas. Existen bacterias fotoautótrofas que aprovechan la energía del sol y las bacterias quimioautótrofas aprovechan la energía de la oxidación de materia orgánica y son de gran importancia para los suelos.

Cianobacterias Las bacterias que utilizan a los compuestos nitrogenados como fuente de energía incluyen a las bacterias que oxidan el amonio y lo transforman en nitritos (Nitrosomonas y Nitrosococcus) y las bacterias que oxidan a los nitritos transformándolos en nitratos (Nitrobacter). Las reacciones químicas producidas por estos microorganismos se representan con las ecuaciones siguientes:

2 NH41+ + 3 O2 --------> 2 NO21- + 4 H+ + 2 H2O (Nitrosomonas) 2 NO21+ + O2 --------> 2 NO31- (Nitrobacter) El azufre existe en forma de sulfuro en varios minerales primarios y se agrega a los suelos forestales en forma de residuos vegetales, animales o como lluvia ácida. Con frecuencia 202

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se agrega azufre elemental a los suelos de almácigos para aumentar la acidez, a fin de controlar determinados agentes patógenos de las plantas. La mayor parte del azufre del suelo forma compuestos orgánicos y sólo es absorbido por las raíces de las plantas en forma de sulfato por lo que es necesario el proceso de mineralización. La descomposición de la materia orgánica y su transformación a compuestos inorgánicos de azufre la realizan microorganismos heterótrofos y la oxidación de los sulfuros y del azufre elemental para transformarse en sulfatos la pueden realizar tanto las bacterias heterótrofas como las quimioautótrofas. Las bacterias del género Thiobacillus son los principales habitantes de los suelos bien aireados. El género aerobio acidófilo T. thiooxidans es el que predomina en los suelos forestales y realiza la reacción de oxidación del azufre según la ecuación: 2 S + 3 O2 + 2 H2O -----> 2 H2SO4 (T. oxidans ) La acidificación del suelo producida por el ácido sulfúrico resultante de la oxidación del azufre elemental produce un aumento de la solubilidad del fósforo, del potasio, del calcio y de varios micronutrientes, así como, la movilización de algunos minerales del suelo que son disueltos por el ácido sulfúrico. La oxidación de compuestos inorgánicos de azufre pueden realizarla bacterias heterótrofas, actinomicetos y hongos en ciertas condiciones. El quimioautótrofo Thiobacillus nitrificans puede realizar la oxidación en forma anaerobia y utilizar el nitrato como aceptor del electrón y transformar los nitratos en nitrógeno gaseoso al mismo tiempo que oxida los compuestos de azufre. Sin embargo, bajo ciertas condiciones anaeróbicas como en suelos saturados por agua, los compuestos inorgánicos del azufre son reducidos a sulfuros en lugar de oxidarlos a sulfatos. La oxidación del fierro la realiza la bacteria quimioautótrofa Thiobacillus ferrooxidans. La reducción del fierro férrico la realizan las bacterias aerobias y anaerobias facultativas como Bacillus, Clostridium y Pseudomonas. Bacilos Los hongos son los principales agentes de descomposición de la materia orgánica en todos los ambientes ácidos. Los hongos poseen una red de filamentos o hifas en el suelo y su micelio puede subdividirse en células individuales por medio de paredes transversales o septos. Los micelios fungosos se pueden observar fácilmente en los humus tipo mor y moder. Una de las principales actividades de los hongos es la descomposición de la celulosa, hemicelulosa, pectinas, almidón, grasas y compuestos de lignina. Los hongos participan en la formación del humus y contribuyen al reciclaje de nutrientes y a la estabilidad de agregados mediante la degradación de residuos vegetales y animales. 203

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Las algas, generalmente, tienen clorofila que les permite utilizar la luz solar como fuente de energía para fijar el bióxido de carbono (fotosíntesis), se encuentran en los suelos fértiles, ricos en bases con nitrógeno y fósforo disponibles, y tienden son escasas en suelos arenosos estériles y ácidos. Contribuyen a solubilizar a los minerales del suelo , acelerando así el proceso de intemperización del suelo. Generan materia orgánica a partir de compuestos inorgánicos y aumentan el contenido de humus en el suelo. Las variedades de algas azulverdoso pueden asimilar el nitrógeno atmosférico, aumentando así la cantidad de nitrógeno en los suelos. Las algas azulverdoso son principalmente activas en suelos húmedos o inundados y en suelos superficiales cuya alcalinidad ha aumentado como consecuencia de la quema de bosques. Como no dependen de la materia orgánica como fuente de energía, son los primeros colonizadores de las regiones áridas o arenosas y facilitan la invasión posterior de las plantas superiores. Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: Los hongos son los principales agentes de descomposición de la materia orgánica en todos los ambientes ácidos. Los hongos poseen una red de filamentos o hifas en el suelo y su micelio puede subdividirse en células individuales por medio de paredes transversales o septos. Los micelios fungosos se pueden observar fácilmente en los humus tipo mor y moder. POSTULADO I: Los hongos participan en la formación del humus y contribuyen al reciclaje de nutrientes y a la estabilidad de agregados mediante la degradación de residuos vegetales y animales. POSTULADO II: Una de las principales actividades de los hongos es la descomposición de la celulosa, hemicelulosa, pectinas, almidón, grasas y compuestos de lignina.

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3.1.5. Lección 35: Microbiología del agua

Microorganismo y calidad del agua: Cianobacterias El agua es un sistema vivo y dinámico en cuya superficie se encuentran una serie de microorganismos no patógenos que por el contrario permiten el desarrollo de los ciclos biológicos y químicos y el mantenimiento del equilibrio biológico. La presencia de los microorganismos en concentraciones y condiciones normales en las fuentes de agua es beneficiosa; pero cuando se incrementa su concentración se altera la calidad del agua dificultando el tratamiento de esta y su uso. Los microorganismos que en forma normal se encuentran en aguas superficiales son los siguientes: Cianobacterias: pueden causar efectos tóxicos si su biomasa se incrementa por el efecto llamado “floración”, producido por un aumento de nutrientes como N y P aportados por el vertido de aguas residuales, de aguas provenientes de áreas fertilizadas o de ganaderías. Durante la floración se producen cianotoxinas que afectan al sistema nervioso y digestivo además de provocar efectos nocivos sobre mucosas y piel.La cianobacteria Oscillatoria causa problemas de corrosión en los tubos de acero. Sin embargo otras cianobacterias como la Spirulina son utilizadas en el biotratamiento de aguas residuales con el fin de lograr la biorremoción o biabsorción de metales pesados como el Bario, Cadmio. Microalgas fotosintéticas o productores primarios: Cuando se incrementan los nutrientes se produce un aumento anormal de algas con la consecuente eutrofización de la fuente de agua. El exceso de algas verdes (Chlorophytas) causa alteraciones en el color del agua tornándose verde y con olor y sabor desagradables. Por ejemplo el incremento de Scenedesmus origina un olor a pescado. Microalgas diatomeas, Son unicelulares o coloniales, de plastos marrones o amarillos. Las células se encuentran impregnadas en sílice formando valvas que suelen situarse a modo de caja, y que pueden presentar una ornamentación característica de cada especie, el aumento de su concentración pueden causar obstrucción de los filtros.

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Bacterias Pseudomona aeruginosa se utiliza como indicador de la calidad del agua, su presencia en aguas potables se constituye en un riesgo para la salud del hombre y los animales ya que pueden ocasionar enfermedades a personas cuyos mecanismos de defensa esten disminuídos. Bacillus como Serratia marcescens una bacteria de las denominadas oportunistas porque normalmente no es patógena, pero pueden causar enfermedades en personas con ciertas deficiencias orgánicas que facilitan la infección Coliformes como Escherichia coli , Streptococcus faecalis, Clostridium perfringens son habitantes normales del tracto digestivo de animales y del hombre y se los considera como indicadores de la calidad del agua Clostridium spp indicadores de contaminación de alto riesgo del agua, son anaerobios sulfito-reductores, su representante más característico es Clostridium perfringens su presencia en las aguas naturales produce malos olores y, con mucha frecuencia, ennegrecimiento del producto cuando éste tiene hierro, formando un precipitado oscuro de sulfuro de hierro (Merck, 2000). Los Clostridium además de las aguas superficiales pueden provenir de fuentes ambientales como suelo, sedimentos marinos, vegetación en descomposición, heridas infectadas de hombre y animales, alimentos. La mayor parte de bacterias que se encuentran en el agua son beneficiosas permitiendo transformaciones orgánicas y la autodepuración de los cuerpos de agua. Sin embargo existe otro grupo de bacterias que son patógenas y pueden causar enfermedades graves en el hombre y en los animales. Protozoos: La mayoría son beneficiosos, pues contribuyen a preservar el equilibrio de los ecosistemas acuáticos al formar parte del zooplancton; sin embargo su incremento disminuye el oxígeno disuelto, altera el pH y el olor del agua. Otros protozoarios presentes en el agua son parásitos y pueden causar enfermedades en el hombre y en los animales como es el caso de la Ameba, de la Giardia lamblia y Cryptosporidium Contaminación del Agua por microorganismos y transmisión de enfermedades El agua se puede contaminar por fenómenos naturales y por la acción del hombre principalmente sobre las fuentes de agua superficiales. Una de las principales causas de contaminación del agua por microorganismos es el vertimiento de aguas residuales sin ningún tratamiento o mal tratadas, por desechos industriales, por aguas provenientes de plantas de procesamiento de carnes, por aguas de desecho de ganadería, por heces de humanos y de animales. Entre los microorganismos presentes en el agua contaminada y causantes de enfermedades se pueden citar los siguientes: 

Bacterias: Escherichia coli, Salmonella typhi, Shigella, Vibrio cholerae, Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni. 206

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Virus: Enterovirus, rotavirus, El rotavirus es un virus ARN, tiene como huésped o reservorio al hombre, primales, caballo, cerdo, perro, gato, conejo, ratón, vaca, pájaros, etc. y ocasiona gastroenteritis viral en el hombre. El adenovirus es un virus ADN, se transmite mediante el contacto directo, por transmisión fecal-oral, y ocasionalmente mediante transmisión por agua, causa enfermedad respiratoria; sin embargo, también pueden causar otras enfermedades como gastroenteritis, conjuntivitis, cistitis, y sarpullidos, dependiendo del serotipo de adenovirus que cause la infección. Protozoos: Giardia, Cryptosporidium, Entamoeba histolytica, Balantidium coli.

A continuación se señalan las enfermedades más frecuentes trasmitidas por microorganismos patógenos del agua.

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Tabla 5. Principales enfermedades causadas por microorganismos del agua sus sintomas y la fuente de contaminación

El agua se puede contaminar por fenómenos naturales y por la acción del hombre principalmente sobre las fuentes de agua superficiales. Una de las principales causas de contaminación del agua por microorganismos es el vertimiento de aguas residuales sin ningún tratamiento o mal tratadas, por desechos industriales, por aguas provenientes de plantas de procesamiento de carnes, por aguas de desecho de ganadería, por heces de humanos y de animales. Entre los microorganismos presentes en el agua contaminada y causantes de enfermedades se pueden citar los siguientes: 

Bacterias: Escherichia coli, Salmonella typhi, Shigella, Vibrio cholerae, Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni.



Virus: Enterovirus, rotavirus, adenovirus.

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Protozoos: Giardia, Cryptosporidium, Entamoeba histolytica, Balantidium coli.

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A continuación se señalan las enfermedades más frecuentes trasmitidas por microorganismos patógenos del agua. Tabla 6. Principales enfermedades, patògeno, sintomas y fuente de contaminación

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE RELACIÓN Este tipo de preguntas consta de dos proposiciones así: Una Afirmación y una Razón, unidas por la palabra PORQUE. Usted debe examinar la veracidad de cada proposición y la relación teórica que las une. Para responder este tipo de preguntas, debe leerla completamente y señalar en la hoja de respuesta, la elegida de acuerdo con las siguientes instrucciones: Marque A si la afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque B si la afirmación y la razón y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación. Marque C si la afirmación es VERDADERA, pero la razón es una proposición FALSA. Marque D si la afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.

Las Cianobacteriaspueden causar efectos tóxicos si su biomasa se incrementa por un aumento de nutrientes como N y P aportados por el vertido de aguas residuales, de aguas provenientes de áreas fertilizadas o de ganaderías conocido como floración PORQUE durante este proceso se producen cianotoxinas que afectan al sistema nervioso y digestivo además de provocar efectos nocivos sobre mucosas y piel

3.1.6. Ejercicios de repaso del capítulo 7 Ejercicios de entrenamiento de análisis de aguas con respuesta para verificar los logros en la interpretación de resultados

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3.2. CAPÍTULO. 8: MICROBIOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS Introducción Los microorganismos desarrollan dos acciones básicas en los alimentos: En unos casos se aprovechan sus cualidades de inducción a la fermentación, para obtener transformaciones resultantes en alimentos de características específicas deseadas para el mercado, por ejemplo, el kumis, la cerveza, el vino, el pan, el queso, el vinagre. En otros casos la acción de los microorganismos es antagónica a la anterior ya que pueden producir descomposición de los alimentos convirtiéndolos en fuentes de toxicidad o infección Objetivos  Identificar los grupos bacterianos importantes en la producción de alimentos.  Reconocer las diferencias básicas entre los diferentes grupos de bacterias.  Comprender los procesos llevados a cabo por las bacterias tanto en la producción como en la contaminación de alimentos.  Distinguir los mecanismos utilizados por las bacterias en los diferentes procesos  Identificar las alteraciones que se producen en los alimentos por los diversos tipos de acción microbiana.  Describir las enfermedades generadas por la contaminación microbiana de los alimentos.  Analizar procesos microbiológicos aplicados a la producción de alimentos.

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3.2.1. Lección 36. Las bacterias y su importancia en la producción de alimentos

Algunos géneros bacterianos importantes en alimentos Las bacterias se han utilizado desde los tiempos históricos más remotos para producir alimentos22. Los procesos bacterianos pueden darle a los alimentos más resistencia al deterioro o características organolépticas más agradables (sabor, textura, etc.). Existe un amplio rango de bacterias involucradas en la producción, conservación y alteración de productos alimenticios. Bacterias lácticas o productoras de ácido láctico Su característica más importante es la capacidad de fermentar los azúcares para dar ácido láctico. Debido a la rápida producción de ácido son capaces de eliminar a muchos microorganismos competitivos. La mayoría de las bacterias pertenecientes a este grupo crecen en el rango de los termófilos. En este grupo se incluyen: Lactobacillus bacilos Gram positivos, forman cadenas en la mayoría de las especies, no esporulados y generalmente no móviles. Son microaerófilos, aunque existen algunos anaeróbios estrictos; son catalasa negativos y fermentadores. Son benéficas en la elaboración de quesos y fermentación de vegetales. Pero pueden producir gases que perjudican los quesos y vinos.

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Adaptado de: (PELCZAR, REID, & CHAN, 1977)

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Figura 66. Esquema de Las Bacterias y su importancia en la producción de alimentos

Mapa elaborado por la Dra. Carmen Eugenia Piña Streptococcus cocos Gram positivos, dispuestos característicamente en pares o cadenas. Las especies importantes en alimentos se dividen en: piógenos y estreptococos. Los piógenos comprenden especies patógenas, entre las que se encuentran S. agalactiae, que ocasiona mastitis en las vacas, y S. pyogenes, muy patógeno en humanos, el cual causa la faringitis séptica, escarlatina y otras enfermedades. Se puede encontrar en la leche cruda. Los piógenos crecen en rangos de temperaturas característicos de animales de sangre caliente (37°C). Los pertenecientes al grupo de 213

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los otrosestreptococos crecen exclusivamente a 45°C. Incluyen el S. thermophilus, importante en la elaboración de quesos y en ciertas leches fermentadas como el yoghurt. Enterococcus Cocos Gram positivos, no esporulados, hemolíticos. Crecen tanto a 10°C como a 45 °C. Resisten las temperaturas de pasterización de la leche e incluso mayores.; toleran un porcentaje de sal del 6.5% o superior; crecen a un pH alcalino de 9,6 unidades. En este grupo se encuentran E. faecalis, resistente al calor, proveniente de los humanos y E. faecium. Lactococcus Cocos Gram positivos, no esporulados. Crecen a 10°. Se emplean como fermentadores para la producción del queso y la mantequilla de varios tipos. Comprenden bacterias importantes en la leche, como L. lactis y L. cremoris. Leuconostoc Son cocos Gram positivos, organizados en pares o cadenas. Son importantes en los alimentos por: producir diacetilo y otras sustancias aromáticas; tolerar las concentraciones salinas de ciertas salmueras, como las de la fermentación de encurtidos hortícolas.; algunas especies toleran altas concentraciones de azúcares (5560%), lo que les permite crecer en jarabes, caramelo líquido, crema de helados, etc.; producir cantidades considerables de dióxido de carbono a partir de los azúcares, ocasionado la aparición de ojos en ciertos quesos, alteraciones en alimentos con alto contenido de azúcar y la fermentación de algunas clases de pan; producir mucílago en medios que contienen sacarosa, proceso óptimo en la producción de dextrano, pero representa un riesgo en alimentos ricos en dicho disacárido, como en la producción de azúcar a partir de caña o remolacha. Pediococcus Son cocos aislados, en parejas, en cadenas cortas o en tétradas: Gram positivos, catalasa positiva y microaerófilos. Se han encontrado en las salmueras de los encurtidos en fase fermentativa, siendo los responsables de ciertas alteraciones en las bebidas alcohólicas. Bacterias acéticas o productoras de ácido acético La mayor parte de las bacterias acéticas pertenecen a uno de los dos géneros, Acetobacter y Gluconobacter. Acetobacter Son formas bacilares, Gram negativas, aeróbicas estrictas y móviles. Oxidan el alcohol etílico a ácido acético y se encuentran en masa fermentada de granos de cereales, frutas, hortalizas y bebidas alcohólicas y constituyen un problema en estas últimas, ya que causa una alteración de las mismas. Algunas especies comoA. aceti oxidan el etanol convirtiéndolo en ácido acético para producir vinagre, lo que constituye su más importante aplicación industrial. 214

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Gluconobacter Este género pertenece a la familia Pseudomonadaceae. Las bacterias pertenecientes a este grupo oxidan el etanol a ácido acético. La especie G. oxydansproduce viscosidad en la cerveza y más adelante una proliferación viscosa que afecta la infusión de malta. Bacterias Butiricas Las bacterias de este grupo, en su mayoría, son anaerobias esporuladas del géneroClostridium. Clostridium Son bacilos anaerobios o microaerófilos, Gram negativos, catalasanegativos, formadores de endosporas resistentes a altas temperaturas. Muchas especies fermentan activamente los carbohidratos, con producción de ácidos, entre los que se encuentra el butírico, y gases, usualmente dióxido de carbono e hidrógeno. C. thermosaccharolyticum determina la alteración gaseosa de las conservas vegetales. La putrefacción de los alimentos es a menudo ocasionada por especies mesófilas proteolíticas tales como C. lentoputrescens y C. putrefaciens. El rompimiento violento de la cuajada de la leche es ocasionado por C. perfringens o especies semejantes y da lugar a una “fermentación tumultuosa” de la leche; C. butyricum, que fermenta los lactatos, determina la producción tardía de gas en los quesos curados. Bacterias Propiónicas Son bacterias pequeñas, inmóviles, Gram positivas, no esporuladas, catalasa-positivas de carácter anaeróbico o aerotolerante y de forma bacilar. Fermentan el ácido láctico, los carbohidratos y los polialcoholes para producir grandes cantidades de ácidos propiónico y acético y a menudo dióxido de carbono. Ciertas especies, como Propionibacterium freudenreichii, proliferan en el queso suizo fermentando los lactatos con producción de gas, que da lugar a la formación de “ojos” y contribuyen a la obtención de su típico sabor. Las propionibacterias pigmentadas pueden causar modificaciones del color del queso Bacterias Proteolíticas Tienen la capacidad de descomponer la estructura de las proteínas. Muchas especies de Clostridium, Bacillus, Pseudomonas y Proteus son proteolíticas. Las bacterias de la putrefacción son capaces de descomponer anaeróbicamente las proteínas y producir compuestos malolientes, como ácido sulfhídrico, mercaptanos, aminas, indol y ácidos grasos. La mayor parte de las especies proteolíticas de Clostridium son putrefactivas, así como ciertas especies de Proteus, Pseudomonas y otros géneros no esporulados. Bacillus cereus En la industria alimentaria ha sido de interés y objeto de estudio la destrucción de las esporas de B. cereus por su termorresistencia. Produce graves 215

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intoxicaciones debido a que genera una enterotoxina diarreica, un factor emético y hemolisinas. Pseudomonas diversas especies de Pseudomonas son capaces de efectuar alteraciones en los alimentos. Pueden desarrollarse a bajas temperaturas (refrigeración). En aerobiosis, crecen rápidamente y originan productos de oxidación y mucílago en las superficies de los alimentos, donde es más probable una contaminación abundante. Ciertas especies producen pigmentos como la fluorescencia verdosa producida por la pioverdina de Pseudomonas fluorescens y el color blanco, cremoso, rojizo, castaño o incluso negro producido por P. nigrilaciens. Proteus las bacterias de este género son responsables de la alteración de carnes, productos pesqueros y huevos. La presencia de estas bacterias en muchos alimentos no refrigerados las ha hecho sospechosas de ser causantes de toxiinfecciones alimentarias, o sea infecciones causadas por endotóxinas o exotoxinas producidas por microorganismos. Se hallan en el intestino humano y de animales. Bacteria lipolíticas Corresponde a un grupo heterogéneo de bacterias que producen lipasas, enzimas que catalizan la hidrólisis de las grasas a ácidos grasos y glicerol. Muchas bacterias aeróbicas y proteolíticas son también lipolíticas. Pseudomonas fluorocescens es una de las especies fuertemente lipolítica. Los géneros Pseudomonas, Alcaligenes, Serratia y Micrococcus tienen especies lipolíticas. Serratia, enterobacteria gram negativa, móvil, en forma de bacilo, fermenta butanodiol. Muchas de sus especies producen un pigmento rosáceo o magenta y dan lugar a coloraciones rojizas en la superficie de los alimentos. S. marcescens es la especie más común. Micrococcus son Gram positivos, aerobios y catalasa-positivos. A menudo se encuentran en utensilios y equipo usados en alimentación que no han sido adecuadamente limpiados e higienizados. Son importantes en los alimentos debido a las siguientes características: son capaces de utilizar las sales amónicas y otros compuestos nitrogenados simples como única fuente de nitrógeno, la mayoría fermentan los azúcares, produciendo cantidades moderadas de ácido, otros toleran gran cantidad de sal, creciendo por lo tanto a niveles de humedad bajos; estas especies se desarrollan en salmueras del curado de carnes, tanques de salmuera, muchos resisten la pasterización comercial de la leche (M. varians), otros son pigmentados y dan coloración anormal a las superficies de los alimentos sobre los que crecen; M. luteus, por ejemplo, es amarillo y M. roseus, rosa.

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Bacterias Sacarolíticas Hidrolizan los disacáridos o polisacáridos a azúcares sencillos. Bacillus subtilis y Clostridium butyricum son amilolíticos. Pocas especies bacterianas son capaces de hidrolizar la celulosa. Bacterias Pectolíticas Las pectinas son carbohidratos complejos que forman parte de hortalizas y frutas. Las pectinasas, compuestas de varias enzimas pectolíticas, pueden dar lugar al ablandamiento de los tejidos vegetales o a la pérdida de la capacidad de gelificación de los zumos de frutas. Se comportan como pectolíticas especies de Erwinia, Bacillus y Clostridium, así como ciertos mohos. Las especies del género Erwinia son patógenas y saprofitos de vegetales, en los que causan necrosis, agallas, marchitamientos y podredumbre, lesionando frutas, hortalizas y otros productos vegetales. Puede presentarse directamente en el campo o durante el almacenamiento de los frutos. Es de interés económico ya que las bacterias se pueden diseminar rápidamente por los exudados producidos en los tejidos y dañar un lote de producción. Bacterias termófilas Estas bacterias tienen una temperatura óptima por encima de 45 °C, en muchos casos de 55°C o superior y son importantes en el caso de alimentos mantenidos a elevadas temperaturas. Bacillus spp. causan la fermentación ácida de algunos alimentos enlatados y Clostridium thermosaccharolyticum da lugar a una alteración gaseosa.Lactobacillus thermophilus es un microorganismo ácido láctico y termófilo obligado. Bacterias psicótropas Estas bacterias se pueden desarrollar a temperaturas no muy por encima de las de congelación y tienen importancia en alimentos refrigerados. Las bacterias psicrotróficas se encuentran principalmente en los géneros Pseudomonas, Flavobacterium y Alcaligenes, aunque también hay especies psicrotróficas de los géneros Micrococcus, Lactobacillus, Enterobacter; Arthrobacter y otros. Flavobacterium especies de este género, amarillas o anaranjadas, determinan coloraciones anormales superficiales en las carnes y toma parte en el deterioro de mariscos, aves, huevos, mantequilla y leche. Algunos miembros son psicrótrofos, habiéndose observado su crecimiento, tras la descongelación, en hortalizas congeladas.

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Bacterias halófitas Necesitan para su crecimiento determinadas concentraciones de cloruro sódico. Pertenecen a los géneros Halobacterium, Micrococcus, Pseudomonas, Vibrio, Pediococcus y Alcaligenes. Halobacterium normalmente aparecen en los pecados salados y en pieles adobadas debido a que la sal utilizada es portadora de este grupo de bacterias, produciendo manchas coloreadas. Vibrio son patógenos importantes para el hombre. V. cholerae es el agente causante del colera y V. parahaemolyticus produce gastroenteritis en humanos por el consumo de comida de mar contaminada. V. anguillarum y otras especies, son responsables de enfermedades en peces. Bacterias formadoras de viscosidad Pertenecientes a este tipo de bacterias se pueden citar: Alcaligenes viscolatis (viscosus) y Enterobacter aerogenes, que producen la alteración viscosa de la leche, especies de Leuconostoc, que originan mucosidad en las soluciones de sacarosa y el crecimiento viscoso superficial de ciertas bacterias presentes en los alimentos. Algunas especies de Streptococcus y Lactobacillus poseen variedades que determinan la viscosidad o mucosidad de la leche; se conoce un micrococo que hace viscosas las soluciones de curado de las carnes. Hay cepas de Lactobacillus plantarum y de otros lactobacilos que pueden causar viscosidad en varios productos derivados de las frutas, hortalizas y cereales, por ejemplo, en la sidra y cerveza. Bacterias coliformes Son bacilos que han sido definidos como “aeróbicos o anaeróbicos facultativos, Gram negativos y no esporulados, que fermentan la lactosa con formación de gas”. Las principales especies de bacterias coliformes son Escherichia coli y Enterobacter aerogenes. E. aerogenes produce menor cantidad de ácido, forma acetoína pero no indol, da lugar a dióxido de carbono e hidrógeno en la proporción 2:1 y utiliza el citrato como única fuente de carbono. Produce más gas que E. coli y por lo tanto, es más peligroso como microorganismo, ya que puede originar gas en quesos, leche y otros alimentos. Ambas especies fermentan los azúcares con formación de ácido láctico, etanol, ácidos acético y succínico, dióxido de carbono e hidrógeno. Los recuentos de coliformes, Coliformes fecales y de E. coli se emplean en los alimentos con carácter indicador. En general, no se admite la presencia de bacterias coliformes en los alimentos y en algunos casos, como el agua o las ostras, es índice de contaminación 218

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con materiales cloacales y, por lo tanto, con posibles patógenos entéricos. Además pueden dar lugar a la alteración de los alimentos por multiplicación en los mismos Otras bacterias importantes en alimentos Salmonella las bacterias de este género son intestinales. A este grupo pertenecen los agentes productores de fiebre tifoidea y paratifoidea, así como los causantes de Salmonelosis humanas transmitidas por alimentos. Su presencia en alimentos es totalmente inadmisible. Staphylococcus la mayoría de las cepas de S. aureus producen un pigmento dorado y coagulan el plasma sanguíneo mientras que S. epidermis no produce ni coagulasa ni pigmentos. Se asocian con la piel, membranas mucosas del hombre y animales. S. aureus causa abscesos, forunculosis, neumonía infecciones en heridas y un importante síndrome de toxoinfección alimenticia en el hombre. Algunas cepas han presentado últimamente múltiple resistencia a los medicamentos. El S. epidermis se encuentra comúnmente en la piel y es el responsable de endocarditis e infecciones en pacientes con baja resistencia. Hongos fundamentales en la industria alimenticia Las levaduras forman parte de la población micótica unicelular, que por su capacidad de degradar azúcares puede producir efectos importantes en la industrialización de alimentos. Las levaduras son un grupo particular de hongos unicelulares (constituidos por una sola célula) y caracterizados por su capacidad de transformar los azúcares. Hay muchas especies de levaduras. La más comúnmente conocida es Saccharomyces cerevisiae la cual es utilizada en la industria panadera y en la elaboración de la cerveza. Las levaduras también juegan un papel importante en la producción de otros productos como el vino y el kefir. La mayoría de las levaduras usadas en la industria alimentaria son de forma redonda y se dividen produciendo pequeños brotes. Esta producción de brotes es una característica utilizada para reconocerlas a través del microscopio, ya que, durante el brote, las células poseen una forma de ocho (8). Las levaduras necesitan azúcares para crecer y los fermentan produciendo alcohol y dióxido de carbono (CO2). Esta reacción y sus productos derivados hacen que la levadura posea una función muy importante en la industria alimentaria. Así mismo, las levaduras también producen componentes de aroma agradable, los cuales juegan un papel muy importante en el aroma del producto final. Por ejemplo, en la cerveza, la levadura se 219

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necesita para producir el alcohol y el dióxido de carbono que forma la espuma. Por otro lado, en la industria panadera el alcohol producido durante la fermentación se evapora durante el horneado. Las levaduras pueden encontrarse en todas partes en la naturaleza, especialmente en plantas y frutas. Una vez que las frutas caen del árbol, la actividad de los hongos hará que éstas se pudran. Durante este proceso se forman alcohol y dióxido de carbono a partir de los azúcares presentes en las frutas. En algunas ocasiones aparecen en los informativos animales embriagados debido a que han comido estos frutos deteriorados. En la industria alimentaria, grandes tanques con agua azucarada en presencia de oxígeno son utilizados para hacer crecer las levaduras. Cuando se alcanza la cantidad de levadura deseada, el líquido es evacuado por medio de una bomba y la levadura es extraída, la que posteriormente podrá ser secada. Ningún otro requerimiento es necesario para producir levadura.

Para saber más: Al respecto, en la página: http://www.food-info.net/es/qa/qa-wi8.htm se presenta una síntesis sobre las levaduras. Microbiología de frutas, hortalizas y hierbas medicinales Microbiología y análisis microbiológico de loscereales, harinas y derivados Producción industrial de bebidas alcohólicas

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: No es lo mismo un alimento contaminado que un alimento deteriorado ya que cuando un alimento se encuentra deteriorado sus cualidades, olor, sabor, aspecto, se reducen o anulan, pudiéndose apreciar por medio de los sentidos (vista, olfato, gusto, tacto) POSTULADO I: La contaminación por alimentos, debido a que no se puede percibir por el gusto o por el olfato, es extremadamente peligrosa y puede causar enfermedades graves e incluso la muerte. POSTULADO II: Un alimento contaminado puede parecer completamente normal, por eso es un error suponer que un alimento con buen aspecto está en buenas condiciones para su consumo, ya que puede estar contaminado por bacterias.

3.2.2. Lección 37: Alteraciones microbianas en los alimentos23

Una vez que los microorganismos colonizan los alimentos, estos microorganismos se pueden multiplicar puesto que encuentran los nutrientes necesarios para su desarrollo y como resultado del metabolismo microbiano estos alimentos se alteran. No obstante, solamente una parte de esta microbiota inicial llega a proliferar suficientemente como para producir la alteración de los alimentos. El que solamente una parte de la microbiota inicial sea capaz de desarrollarse masivamente, en un alimento concreto, viene condicionado por una serie de factores intrínsecos del propio alimento así como de factores extrínsecos del medio ambiente que le rodea: pH, humedad, temperatura de conservación.

Consecuencias del desarrollo de microorganismos en los alimentos

23

Adaptado de (Importancia de los microorganismos en la elaboración de alimentos)

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Los efectos que produce el desarrollo de microorganismos en los alimentos, tanto beneficiosos como perjudiciales, se sumarizan a continuación: 1.- Alteración de los alimentos (microorganismos alterantes) Los microorganismos al crecer y utilizar los alimentos como fuente de nutrientes producen cambios en la apariencia, sabor, olor y otras cualidades del alimento. Estos procesos de degradación son: a. Putrefacción Proteínas alimentos + Microorganismos proteolíticos ------> Aminoácidos + Aminas + NH3 + SH2 b. Fermentación Carbohidratos alimentos + Microorganismos sacarolíticos ------> Acidos + Alcoholes + Gases c. Enranciamiento Grasas alimentos + Microorganismos lipolíticos ------> Acidos grasos+ Glicerol 2. Enfermedades de origen microbiano (microorganismos patógenos) a.- Infección alimentaria: Salmonelosis b.- Intoxicación alimentaria: Botulismo 3.- Alimentos producidos por microorganismos (microorganismos industriales) a.- Vegetales: vino, aceitunas b.- Lácteos: yogurt, queso c.- Proteína de origen unicelular (SCP): células de bacterias, levaduras, algas y hongos filamentosos.

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: No es lo mismo un alimento contaminado que un alimento deteriorado ya que cuando un alimento se encuentra deteriorado sus cualidades, olor, sabor, aspecto, se reducen o anulan, pudiéndose apreciar por medio de los sentidos (vista, olfato, gusto, tacto) POSTULADO I: La contaminación por alimentos, debido a que no se puede percibir por el gusto o por el olfato, es extremadamente peligrosa y puede causar enfermedades graves e incluso la muerte. POSTULADO II: Un alimento contaminado puede parecer completamente normal, por eso es un error suponer que un alimento con buen aspecto está en buenas condiciones para su consumo, ya que puede estar contaminado por bacterias.

3.2.3. Lección 38: Contaminación de alimentos

Un alimento contaminado24 (BONINI) es aquél que contiene gérmenes capaces de provocar enfermedad a las personas que lo consumen. No es lo mismo un alimento contaminado que un alimento deteriorado ya que cuando un alimento se encuentra deteriorado sus cualidades, olor, sabor, aspecto, se reducen o anulan, pudiéndose apreciar por medio de los sentidos (vista, olfato, gusto, tacto) La contaminación ni se nota ni se ve ya que los microorganismos no se aprecian a simple vista al ser microscópicos.

24

http://www.monografias.com/trabajos28/contaminacion-alimentaria/contaminacionalimentaria.shtml?monosearch

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Un alimento contaminado puede parecer completamente normal, por eso es un error suponer que un alimento con buen aspecto está en buenas condiciones para su consumo, ya que puede estar contaminado por bacterias. Un alimento puede estar: - Deteriorado y contaminado (se nota) - Deteriorado y no contaminado (se nota) - Contaminado y no deteriorado (no se nota) Este último es el realmente peligroso y causante generalmente de las enfermedades de origen alimentario. Los gérmenes llegan a los alimentos de diversas formas ya que se encuentran en todas partes, algunos son perjudiciales para el hombre causando enfermedades, éstos toman el nombre de gérmenes patógenos. Las bacterias o gérmenes se encuentran también en personas y animales, en el hombre en la boca, nariz, aparato digestivo, etc. La persona que tiene bacterias patógenas se llama portador y puede ser un portador sano o enfermo. El portador sano no presenta síntomas de enfermedad y no sabe que es portador. Todo manipulador por ese motivo, debe de poner en práctica rigurosas medidas de higiene siempre, para no contaminar los alimentos. Los alimentos generalmente se contaminan por dos vías: - La directa, del portador (sano o enfermo) al alimento. - La indirecta, del portador (sano o enfermo) a un intermediario, insectos, utensilios, y de éste ultimo al alimento, como hemos visto en clase, en las primeras unidades. En general la producción de alimentos libres de contaminantes no sólo depende del lugar de su producción sino también de los procesos de elaboración y de las personas que toman contactos con ellos. La contaminación de los mismos puede producirse en cualquier momento desde su cosecha, pasando por la elaboración a nivel industrial, hasta cuando se prepara la comida en el hogar.

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Enfermedades transmitidas por alimentos - etas Es casi siempre la explicación que damos cuando tenemos vómitos, diarrea o algún otro tipo de síntoma gastrointestinal. Pocas personas saben que los alimentos que consumen todos los días pueden causarle enfermedades conocidas como ETAs -Enfermedades Transmitidas por Alimentos-. Llamadas así porque el alimento actúa como vehículo en la transmisión de organismos patógenos (que nos enferman, dañinos) y sustanciastóxicas. Las ETAs están causadas por la ingestión de alimentos y/o agua contaminados con agentes patógenos. Las alergias por hipersensibilidad individual a ciertos alimentos no se consideran ETAs, por ejemplo la que experimentan los celiacos con el gluten con el y las personas intolerantes a la lactosa con la leche. Infecciones alimentarias: Son las ETAs producidas por la ingestión de alimentos o agua contaminados con agentes infecciosos específicos tales como bacterias, virus, hongos, parásitos, que en el intestino pueden multiplicarse y/o producir toxinas. INTOXICACIONES ALIMENTARIAS Son las ETAs producidas por la ingestión de toxinas producidas en los tejidos de plantas o animales, o productos metabólicos de microorganismos en los alimentos, o sustancias químicas que se incorporan a ellos de modo accidental o intencional en cualquier momento desde su producción hasta su consumo. Los síntomas se desarrollan durante 1-7 días e incluyen alguno de los siguientes:Dolor de cabeza, nauseas, vómitos, dolor abdominal, diarrea. Estos síntomas van a variar de acuerdo al tipo de agente responsable así como la cantidad de alimento contaminado que fue consumido. Para las personas sanas, las ETAs son enfermedades pasajeras, que sólo duran un par de días y sin ningún tipo de complicación. Pero para las personas susceptibles como son los niños, los ancianos, mujeres embarazadas y laspersonas enfermas pueden llegar a ser muy graves, dejar secuelas o incluso provocar la muerte. Los agentes responsables de las ETAs son: bacterias y sus toxinas, virus, parásitos, sustancias químicas, metales, tóxicos de origen vegetal y sustancias químicas tóxicas que

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pueden provenir de herbicidas, plaguicidas, fertilizantes. Dentro de todas las posibles causas mencionadas, las ETAs de origen bacteriano son las más frecuentes de todas. Las bacterias más comunes o que se presentan con mayores frecuencias son: Clostridium perfringens, Bacillus cereus, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum, Shigella, Listeria monocytogenes, Campylobacter jejuni Estos microorganismos se encuentran en una gran variedad de alimentos. Especialmente en aquellos conocidos como Alimentos de alto Riesgo. En algunos casos los alimentos puede que se hayan contaminado durante su producción o recolección, en otros casos el descuido durante la elaboración de alimentos en el hogar así como el uso de utensilios que fueron previamente utilizados para preparar alimentos contaminados. Para prevenir las intoxicaciones alimentarias es necesario tomar medidas de higiene correctas para manipular los alimentos. Estas medidas son fáciles de aplicar. 

Almacenar los productos de limpieza separados de los productos alimenticios.



Cerrar claramente todos los productos de limpieza, raticidas y otro tipo de producto químico claramente para evitar confusiones fatales.



Tener especial cuidado con envases de vidrio, especialmente aquellos que se hallan en la cocina.



Evitar el uso de anillos cuando prepara la comida.



Lavarse adecuadamente las manos antes de preparar la comida y cada vez que estas se contaminan (luego de tocar alimentos crudos, luego de ir al baño, luego de utilizar productos de limpieza, luego de tocar dinero, etc.).



Al abrir una lata de alimentos en conserva, colocar lo que no usa en envases plásticos correctamente tapados dentro de la heladera. Nunca abrir una lata y dejar lo que sobra en la misma.

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Transferencia Relacione los microorganismos de la columna 1 con las fuentes de contaminación de la columna 2. 1. Staphylococcus aureus

( ) maní y granos almacenados

2. Clostridium botullinum

( ) Agua

3. Coli

( ) Cremas y ensaladas

4. Streptococcus faecalis

( ) Alimentos semi conservados

5. Aspergilius falvus

( ) Encurtidos

3.2.4. Lección 39: Microbiología de la leche y productos lácteos

Las bacterias del ácido láctico25 La fermentación ha sido, durante varios miles de años, una importante forma de conservación de los alimentos. El crecimiento microbiano, tanto de poblaciones naturales como de poblaciones inoculadas, causa cambios químicos, de textura o ambos, en los alimentos de tal manera que el producto final puede almacenarse durante un período de tiempo prolongado. El proceso de la fermentación también se emplea para crear nuevos olores y sabores agradables para los alimentos. Todas las bacterias del ácido láctico fermentan diversos azúcares produciendo ácido láctico en cantidades suficientemente elevadas como para inhibir o matar a la mayoría de los otros microorganismos. Pero, con unas pocas excepciones que incluyen algunos 25

http://nostoc.usal.es/sefin/MI/tema21MI.html 227

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estreptococos, las bacterias del ácido láctico son inócuas para la especie humana y además, sus productos metabólicos tienen un sabor agradable. Estas propiedades nos permiten utilizar las bacterias del ácido láctico para preparar y conservar alimentos. Los alimentos deben contener suficiente cantidad de azúcares para que las bacterias del ácido láctico produzcan cantidades inhibitorias de dicho ácido (la mayoría de los materiales vegetales y productos lácteos las tienen). Además, debe excluirse el aire para que los microorganismos aerobios, que metabolizan más rápidamente, no puedan utilizar el azúcar antes que las bacterias del ácido láctico tengan la posibilidad de desarrollarse. Generalmente no es necesario añadir bacterias del ácido láctico a los alimentos ya que la mayoría de los productos vegetales y lácteos contienen una población natural adecuada, salvo que hayan sido sometidos al proceso de pasteurización. Orla Jensen en 1920 clasificó las bacterias lácticas, atendiendo a sus características bioquímicas, en dos grupos: A.- Homofermentativas B.- Heterofermentativas Las vías metabólicas que utilizan para degradar la glucosa son diferentes. Los fermentadores homolácticos utilizan la vía glucolítica y reducen directamente casi todo el piruvato a lactato gracias al enzima lactato deshidrogenasa. Los fermentadores heterolácticos utilizan la vía de la fosfocetolasa convirtiendo la glucosa en D-lactato, etanol o acético y CO2. Productos lácteos Figura 67. Lactobacillus bulgaricus

Tomado de: http://microbewiki.kenyon.edu/images/b/b4/Lacto.JPG

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La leche fermentada tiene aromas y sabores diferentes dependiendo de las condiciones de incubación y del inóculo microbiano utilizado. Todos los productos lácteos fermentados derivan de técnicas de fabricación similares, en las que el ácido producido mediante actividad microbiana provoca la desnaturalización de las proteínas. Para llevar a cabo este proceso suele inocularse la leche con el cultivo iniciador (starter) deseado, se incuba a la temperatura óptima y a continuación se detiene el crecimiento microbiano mediante enfriamiento. Los cultivos de especies de Lactobacillus y de Lactococcus lactis se utilizan para conferir aroma y para la producción de ácido. El organismo Lactococcus lactis subespecie diacetilactis convierte el citrato de la leche a diacetilo, lo que proporciona un especial sabor mantecoso al producto acabado. El cultivo de este microorganismo con leche desnatada produce suero de leche cultivado; y si se utiliza crema completa, el resultado es la crema agria. El yogur es producido por un cultivo iniciador especial en el que están presentes dos bacterias principales en una proporción 1:1, Streptococcus termophilus y Lactobacillus bulgaricus. Cuando estos organismos crecen a la vez, Streptococcus produce ácido mientras que los componentes del aroma son formados por Lactobacillus. El yogur recién preparado contiene 109 bacterias por gramo. La leche con acidófilos se produce utilizando Lactobacillus acidophilus.

Transferencia En la producción de yogurt, se debe calentar la leche a 85 grados y luego reposarla a 40 grados y sembrar. Se debe tener disponible una cepa de: 1. 2. 3. 4.

Tener una cepa de Streptococcus termophilus Tener una cepa de Lactobacillus casel Tener una cepa de Lactobacillus bulgaricus Todas las anteriores

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3.2.5. Lección 40: Microbiología de frutas y hortalizas26

Las hortalizas son las verduras y demás plantas comestibles que se cultiva en el huerto, por tanto dentro de este grupo se consideran: a las frutas, las hortalizas de tierra como raíces y tallos tuberosos, así como también a especies aromáticas. Los hongos son causantes de las más numerosas y frecuentes alteraciones y problemas referidos al aspecto, valor nutricional, características organolépticas y dificultad de conservación de las frutas y hortalizas, así como a los trastornos patológicos, alérgicos y tóxicos en los consumidores, debidos a diferentes géneros y especies de Tricomicetos (Oomicetos y Zigomicetos), Ascomicetos y Deuteromicetos, colonizadores externos y Basidiomicetos (levaduras) internos. Como consecuencia de su bajo p.H., muchos frutos frescos son menos sensibles a las bacterias que a los hongos, de ahí que su flora bacteriana sea generalmente menos numerosa. La microbiosis bacteriana de las frutas y hortalizas se compone de formas saprofitas y de especies patógenas para el hombre y los animales. Las bacterias saprofitas son las responsables de aproximadamente un tercio del total de las alteraciones y deterioros de los vegetales, consistentes en podredumbres blandas y de otros tipos, manchas y marcas superficiales, agrietado y marchitado, que tienen lugar como consecuencia de los traumas durante el transporte y almacenamiento. Las especies que con más frecuencia son causantes de los citados daños pertenecen a los géneros Pseudomonas, (Ps. fluorescens o marginalis), Erwinia (E. Caratovora), Corynebacterium, Coliformes, Micrococaceae, Bacterias acidolácticas, Xantomonadae y en algunos casos Clostridium (patata). Las bacterias patógenas peligrosas para la salud pública, presentes en más de 30 clases de frutas y sobre todo en hortalizas frescas, provienen en su totalidad de la contaminación 26

http://grupos.emagister.com/ficheros/vcruzada?idGrupo=1036&idFichero=42279

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a través de los riegos con aguas residuales y fecales, abonados con estiércoles y materias vegetales en periodo de descomposición, vehiculadores de los agentes etiológicos de enfermedades tan importantes como las fiebres tifoideas, salmonelosis, listeriosis, cólera, etc. Numerosos Helmintos y sus formas larvarias depositados o fijados en hortalizas y en algunas frutas en contacto con los suelos, pueden actuar como soportes, portadores y vehículos de parásitos y larvas y constituir riesgos para la salud pública, cuando los productos hortofrutícolas son regados con aguas fecales o residuales o abonados con estiércoles contaminados. Fuentes de contaminación En la precosecha de frutas y hortalizas, la contaminación se puede dar a través del suelo, agua, aire, insectos, animales, actividades del hombre: uso de pesticidas, cultivo. Figura 68. Contaminación en alimentos debido a fuentes hídricas

Tomado de: http://grupos.emagister.com/ficheros/vcruzada?idGrupo=1036&idFichero=42279

Sistemas de análisis de riesgos y puntos críticos de control

Todas las personas tienen derecho a esperar que los alimentos que comen sean inocuos y aptos para el consumo. Las enfermedades de transmisión alimentaria y los daños provocados por los alimentos son, en el mejor de los casos, desagradables, y en el peor 231

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pueden ser fatales. Los brotes de enfermedades transmitidas por los alimentos pueden perjudicar al comercio y al turismo y provocar pérdidas de ingresos, desempleo y pleitos. El deterioro de los alimentos ocasiona pérdidas, es costoso y puede influir negativamente en el comercio y en la confianza de los consumidores. Por consiguiente, es imprescindible un control eficaz de la higiene, a fin de evitar las consecuencias perjudiciales que derivan de las enfermedades y los daños provocados por los alimentos y por el deterioro de los mismos, para la salud y la economía. Todos, agricultores y cultivadores, fabricantes y elaboradores, manipuladores y consumidores de alimentos, tienen la responsabilidad de asegurarse de que los alimentos sean inocuos y aptos para el consumo. Los Principios Generales de Higiene de los Alimentos del Codex Alimentarius27(Agriculture and consumer protection deparment, 1999) constituyen una firme base para garantizar la higiene de los alimentos, haciendo hincapié en los controles esenciales en cada fase de la cadena alimentaria y recomendando la aplicación del sistema de análisis de riesgos y de los puntos críticos de control (HACCP) siempre que sea posible para potenciar la inocuidad de los alimentos. El HACCP permite determinar riesgos concretos y adoptar medidas preventivas para evitarlos. Es un sistema de gestión de la inocuidad de los alimentos basado en el control de los puntos críticos en la manipulación de los alimentos para prevenir problemas al respecto, ya que propicia un uso más eficaz de los recursos y una respuesta más oportuna a tales problemas. El sistema de HACCP facilita la inspección por parte de las autoridades encargadas de regular el control de los alimentos y favorece el comercio internacional al aumentar la confianza de los compradores en la inocuidad de los alimentos. Definiciones Análisis de peligros: Proceso de recopilación y evaluación de información sobre los peligros y las condiciones que los originan para decidir cuáles son importantes con la inocuidad de los alimentos y, por tanto, planteados en el plan del sistema de HACCP. Controlar: Adoptar todas las medidas necesarias para asegurar y mantener el cumplimiento de los criterios establecidos en el plan de HACCP. Límite crítico: Criterio que diferencia la aceptabilidad o inaceptabilidad del proceso en una determinada fase. Medida correctiva: Acción que hay que realizar cuando los resultados de la vigilancia en los PCC indican pérdida en el control del proceso. Medida de control: Cualquier medida y actividad que puede realizarse para prevenir o eliminar un peligro para la inocuidad de los alimentos o para reducirlo a un nivel aceptable. 27

http://www.fao.org/docrep/v9723t/v9723t0g.htm

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Peligro: Agente biológico, químico o físico presente en el alimento, o bien la condición en que éste se halla, que puede causar un efecto adverso para la salud. Plan de HACCP: Documento preparado de conformidad con los principios del sistema de HACCP, de tal forma que su cumplimiento asegura el control de los peligros que resultan significativos para la inocuidad de los alimentos en el segmento de la cadena alimentaria considerado. Punto crítico de control (PCC): Fase en la que puede aplicarse un control y que es esencial para prevenir o eliminar un peligro relacionado con la inocuidad de los alimentos o para reducirlo a un nivel aceptable. Sistema de HACCP: Sistema que permite identificar, evaluar y controlar peligros significativos para la inocuidad de los alimentos. Validación: Constatación de que los elementos del plan de HACCP son efectivos. Verificación: Aplicación de métodos, procedimientos, ensayos y otras evaluaciones, además de la vigilancia, para constatar el cumplimiento del plan de HACCP. Vigilar: Llevar a cabo una secuencia planificada de observaciones o mediciones de los parámetros de control para evaluar si un PCC está bajo control. Principios del sistema de haccp El Sistema de HACCP consiste en los siete principios siguientes:

      

Principio 1: Realizar un análisis de peligros. Principio 2: Determinar los puntos críticos de control (PCC). Principio 3: Establecer un límite o límites críticos. Principio 4: Establecer un sistema de vigilancia del control de los PCC. Principio 5: Establecer las medidas correctivas que han de adoptarse cuando la vigilancia indica que un determinado PCC no está controlado. Principio 6: Establecer procedimientos de comprobación para confirmar que el Sistema de HACCP funciona eficazmente. Principio 7: Establecer un sistema de documentación sobre todos los procedimientos y los registros apropiados para estos principios y su aplicación.

Directrices para la aplicación del sistema de HACCP Antes de aplicar el sistema de HACCP a cualquier sector de la cadena alimentaria, el sector deberá estar funcionando de acuerdo con los Principios Generales de Higiene de

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los Alimentos del Codex, los Códigos de Prácticas del Codex pertinentes y la legislación correspondiente en materia de inocuidad de los alimentos. El empeño por parte de la dirección es necesario para la aplicación de un sistema de HACCP eficaz. Cuando se identifiquen y analicen los peligros y se efectúen las operaciones consecuentes para elaborar y aplicar sistemas de HACCP, deberán tenerse en cuenta las repercusiones de las materias primas, los ingredientes, las prácticas de fabricación de alimentos, la función de los procesos de fabricación en el control de los peligros, el probable uso final del producto, las categorías de consumidores afectadas y las pruebas epidemiológicas relativas a la inocuidad de los alimentos. La finalidad del sistema de HACCP es lograr que el control se centre en los PCC. En el caso de que se identifique un peligro que debe controlarse pero no se encuentre ningún PCC, deberá considerarse la posibilidad de formular de nuevo la operación. El sistema de HACCP deberá aplicarse por separado a cada operación concreta. Puede darse el caso de que los PCC identificados en un determinado ejemplo en algún código de prácticas de higiene del Codex no sean los únicos identificados para una aplicación concreta, o que sean de naturaleza diferente. Cuando se introduzca alguna modificación en el producto, el proceso o en cualquier fase, será necesario examinar la aplicación del sistema de HACCP y realizar los cambios oportunos. Es importante que el sistema de HACCP se aplique de modo flexible, teniendo en cuenta el carácter y la amplitud de la operación. Aplicación La aplicación de los principios del sistema de HACCP consta de las siguientes operaciones, que se identifican en la secuencia lógica para la aplicación del sistema de HACCP (Diagrama 1).

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Figura 69. Secuencia lógica para la aplicación del sistema de haccp

Tomado de:http://www.fao.org/DOCREP/005/Y1579S/y1579s00.gif

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Figura 70. Ejemplo de hoja de trabajo del sistema de HACCP

Tomado de: http://www.fao.org/DOCREP/005/Y1579S/y1579s02.gif

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Transferencia De acuerdo a la siguiente gráfica, la principal acción para controlar la contaminación microbiológica de frutas y hortalizas, sería: a. b. c. d.

Controlar el agua de riego en los cultivos Implementar las buenas prácticas agrícolas Lavar las frutas y verduras con agua hervida antes de consumirlas Adquirir los alimentos en sitios que garanticen su orígen

Para saber más: SISTEMA DE ANÁLISIS DE PELIGROS Y DE PUNTOS CRÍTICOS DE CONTROL (HACCP) Y DIRECTRICES PARA SU APLICACIÓN

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Transferencia Usted ha sido contratado para dirigir un sistema de calidad en una compañía. Una de sus primeras funciones es certificar la empresa en sistema HACCP. Indique cuales serian los pasos que usted desarrollaría en orden específico para implementar el sistema: A. B. C. D.

Determinar PCC, Análisis de peligros, Monitoreo, Establecer límites críticos, documentación y verificación Determinar PCC, Análisis de peligros, establecer límites críticos, Monitoreo, correctivas y documentación Análisis de peligros, Determinar PCC, establecer limites críticos, Monitoreo, Verificación y documentación Análisis de peligros, establecer limites críticos, Monitoreo, Determinar PCC, documentación y verificación

Acciones correctivas, verificación, Acciones Acciones correctivas, Acciones correctivas,

3.2.6. Actividades de repaso del capítulo 8

Crucigrama de bacterias que se presentan cuando hay contaminación alimentaria

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Horizontales 3. Son bacterias cuyo habitat es la sal, por lo cual aparecen en los alimentos salados 5. Bacterias gram positivas que encontramos en equipos sucios y dan color a los alimentos en que crecen 7. Estos cocos crecen en un amplio rango de temperaturas y son resistentes a procesos de pasteurización de la leche 8. Un patógeno de esta familia es el causante del cólera 9. Estos cocos, al hacerles el procedimiento de tinción se colorean de violeta 11. Se asocian a mucosas animales y humanas, producen enfermedades como neumonía 12. Variedades de estos cocos pueden ocasionar enfermedades en los humanos y otros ser utilizados en la producción de alimentos 14. Estos bacilos colaboran a la fermentación de granos para la producción de vinagre 15. Estas bacterias se pueden desarrollar a temperaturas muy bajas y pertenecen al grupo de las coliformes 16. Su presencia en alimentos es síntoma de contaminación que puede poner en peligro la vida Verticales 1. Estas bacterias oxidan el etanol a ácido acético 2. Algunas especies de esta bacteria producen fluorescencia blanca o rojiza 4. Producen endotoxinas que alteran las carnes 6. Son cadenas o pares de cocos que alteran los alimentos con alto contenido de azúcar 10. Estos bacilos crecen en ambientes con poca o nula presencia de oxígeno y se usan para fermentar carbohidratos 12. Bacilo gram negativo, que fermenta los alimentos en los que se reproduce 13. Son patógenos de productos vegetales

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3.3. CAPÍTULO. 9: SISTEMA INMUNOLÓGICO Introducción Conjunto de mecanismos que un individuo posee para enfrentarse a la invasión de cualquier cuerpo extraño y para hacer frente a la aparición detumores. Esta cualidad se adquiere antes del nacimiento y se madura y afianza en los primeros años de vida. En los vertebrados implica que los organismos diferencian lo propio de lo ajeno; es decir, reconocen todos sus tipos celulares. El Sistema Inmune es el responsable de conferir inmunidad. Este sistema, presente en invertebrados, alcanza su máxima complejidad en los primates y seres humanos. La ciencia encargada de estudiar estos procesos se denomina Inmunología. Objetivos  Ofrecer una visión general de algunos fenómenos inmunológicos. 

Reconocer la importancia de los microorganismos en los procesos inmunitarios.

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3.3.1. Lección 41: Epidemiologia

La epidemiología28(Achon Cicciarella) es la ciencia que estudia las causas y las características de las enfermedades, basada en la interacción de los diferentes sistemas relacionados con la salud, ya sea desde el medio ambiente hasta lo molecular. El objetivo que persigue es generar los conocimientos científicos necesarios para así proponer acciones preventivas con el fin de mejorar la salud de las poblaciones. La epidemiología es el estudio de las enfermedades que afectan a muchas poblaciones en un lugar determinado y durante un tiempo establecido. Está considerada como una ciencia básica de la medicina preventiva, además de una fuente de información para la formulación de políticas de salud pública. El estudio de la epidemiología está centrado en: -La distribución, la frecuencia y las causas de una enfermedad. -Las consecuencias biológicas, psicológicas y sociales de la enfermedad. -Los riesgos para la salud, como así la distribución y la frecuencia. -Las particularidades y las repercusiones de las respuestas asumidas para atender la salud. -Los modos y los riesgos de controlar de las enfermedades. Para poner en práctica un estudio epidemiológico se deben tener conocimientos de la población a tratar, que permitan saber los riesgos que existan en contraer una enfermedad. Mediante dichas investigaciones se pueden hacer pronósticos sobre la

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Adaptado de: http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/epidemiologa.html

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aparición de la enfermedad, las medidas para su cura y evolución, su control y la implementación de prácticas sanitarias. La llamada tríada o triángulo epidemiológico es un tradicional modelo de las causas de las enfermedades. Se compone de tres partes: un agente etiológico, un hospedador susceptible y el medio ambiente que interactúa entre ambos, en especial en la vía de transmisión desde una fuente infecciosa hacia el huésped. En la medida que se rompe el equilibrio entre estos tres factores, agente-huésped-medio, sobreviene la enfermedad. Por otra parte, el desequilibrio de alguno de ellos puede aumentar o disminuir la frecuencia de las patologías. Componentes del agente etiológico Si bien siempre fueron consideradas las noxas biológicas, deben incluirse entre estos a los factores físicos, químicos, psíquicos, sociales y culturales. La tríada epidemiológica se altera ante eventos como el ingreso de sustancias tóxicas al organismo, las radiaciones nocivas, los conflictos bélicos, los problemas laborales y económicos y la discriminación de cualquier tipo, entre otros. Componentes del huésped Las causas que predisponen susceptibilidad hacia las noxas son la edad del individuo, el status socioeconómico y los malos hábitos como la drogadicción, el alcoholismo, la prostitución, etc. Las causas que influyen en la susceptibilidad a una noxa incluye el estado de salud, el estado nutricional, la genética y su composición psicológica. Figura 71. Tríada epidemiológica

Tomado de: http://2.bp.blogspot.com/_TYKXEPKoytc/SRJXVS9cteI/AAAAAAAABQ4/8dKPQrMwcxE/s400/epi.bmp

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Componentes ambientales Los factores del medio ambiente que tienen influencia en el agente etiológico y en el hospedador pueden dividirse en biológicos (artrópodos vectores de noxas), físicos (temperatura, humedad, presión atmosférica) y socioeconómicos (viviendas precarias, hacinamiento, etc.). En síntesis, puede afirmarse que para que se presente una enfermedad interactúan los tres componentes antes señalados, y que una múltiple variedad de presentaciones deben darse para que se produzca el desequilibrio de la tríada. Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: La llamada tríada o triángulo epidemiológico es un tradicional modelo de las causas de las enfermedades. Se compone de tres partes: un agente etiológico, un hospedador susceptible y el medio ambiente que interactúa entre ambos, en especial en la vía de transmisión desde una fuente infecciosa hacia el huésped. En la medida que se rompe el equilibrio entre estos tres factores, agente-huésped-medio, sobreviene la enfermedad. Por otra parte, el desequilibrio de alguno de ellos puede aumentar o disminuir la frecuencia de las patologías. POSTULADO I: Los factores del medio ambiente que tienen influencia en el agente etiológico y en el hospedador pueden dividirse en biológicos (artrópodos vectores de noxas), físicos (temperatura, humedad, presión atmosférica) y socioeconómicos (viviendas precarias, hacinamiento, etc.). POSTULADO II: La tríada epidemiológica se altera ante eventos como el ingreso de sustancias tóxicas al organismo, las radiaciones nocivas, los conflictos bélicos, los problemas laborales y económicos y la discriminación de cualquier tipo, entre otros.

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3.3.2. Lección 42: Principales enfermedades

Las bacterias patógenas son una de las principales causas de las enfermedades y de la mortalidad humana29, causando infecciones tales como el tétanos, la fiebre tifoidea, la difteria, la sífilis, el cólera, intoxicaciones alimentarias, la lepra y la tuberculosis. Hay casos en los que la etiología o causa de una enfermedad conocida se descubre solamente después de muchos años, como fue el caso de la úlcera pépticay Helicobacter pylori. Las enfermedades bacterianas son también importantes en la agricultura y en la ganadería, donde existen multitud de enfermedades como por ejemplo la mancha de la hoja, la plaga de fuego, la enfermedad de Johne, la mastitis, la salmonela y el carbunco. Cada especie de patógeno tiene un espectro característico de interacciones con sus huéspedes humanos. Algunos organismos, tales como Staphylococcus o Streptococcus, pueden causar infecciones de la piel, pulmonía, meningitis e incluso sepsis, una respuesta inflamatoria sistémica que produce shock, vasodilatación masiva y muerte. Sin embargo, estos organismos son también parte de la flora humana normal y se encuentran generalmente en la piel o en la nariz sin causar ninguna enfermedad. Otros organismos causan invariablemente enfermedades en los seres humanos. Por ejemplo, el género Rickettsia, que son parásitos intracelulares obligados capaces de crecer y reproducirse solamente dentro de las células de otros organismos, que ocasiona la fiebre de las Montañas Rocosas. Chlamydiae, otro filo de parásitos obligados intracelulares, contiene especies que causan neumonía, infecciones urinarias y pueden estar implicadas en enfermedades cardíacas coronarias. Finalmente, ciertas especies tales como Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia y Mycobacterium avium son patógenos oportunistas y causan enfermedades principalmente en las personas que sufren inmunosupresión o fibrosis quística.

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Adaptado de:http://es.wikipedia.org/wiki/Bacteria

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Tabla 7. Algunas enfermedades humanas producidas por bacterias:

Tomado de: http://es.wikipedia.org/wiki/Bacteria

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Figura 72. Infecciones virales

Tomado de: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/16/Viral_infections_and_involved_species.png

Para saber más: Excelente página de la Junta de Andalucía, con las principales enfermedades de nuestro tiempo

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Transferencia Relaciona los términos de la columna derecha con los de la izquierda: 1. Cólera

( ) Staphylococcus aureus

2. Fiebre tifoidea

( ) Mycobacterium tuberculosis

3. Neumonía

( ) Vibrio cholerae

4. Tuberculosis

( ) Streptococcus spp.

5. Erisipela

( ) Salmonella typhi

3.3.3. Lección 43: Vacunas

Una vacuna30 es una suspensión de microorganismos (o alguna parte o producto de ellos) que produce inmunidad al ser inoculada en un huésped. Una vacuna oral o parental induce en el huésped la formación de anticuerpos frente al organismo causante de la enfermedad; por lo que, durante exposiciones futuras de este microorganismo, el agente infeccioso es inactivado (neutralizado o matado), se previene su proliferación y por lo tanto no se establece el estado de enfermedad. El primero en utilizar el término vacuna fue Pasteur en 1880 y proviene del latín vacca. Usando este término Pasteur reconoció el trabajo de Edward Jenner que en 1796 vacunó con éxito a un niño de 8 años (James Phipps) de viruela, vacuna que obtuvo de los exudados de las pústulas de una vaca con viruela. A partir de este momento se desarrollaron numerosas vacunas lo que ha llevado a erradicar enfermedades como la viruela y en otros casos a una reducción dramática en la incidencia de numerosas enfermedades graves como la poliomielitis. 30

Adaptado de: http://nostoc.usal.es/sefin/MI/tema16MI.html

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Tipos de vacunas tradicionales Las vacunas tradicionales se pueden clasificar dentro de tres tipos: vacunas atenuadas, vacunas inactivadas y vacunas toxoides. 1.- Vacunas atenuadas Son preparaciones de bacterias o virus vivos que están tan debilitados o alterados que ya no son virulentos, siendo todavía capaces de provocar una respuesta inmune. Algunos ejemplos de vacunas vivas son la Sabin para la polio, fiebre amarilla, sarampión, rubeola, parotiditis y la BCG para la tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis). La mayoría de las vacunas de virus atenuados provocan inmunidad para toda la vida sin necesidad de inmunizaciones de recuerdo. 2.- Vacunas inactivadas Son suspensiones de bacterias o virus muertos por la acción de desinfectantes como el fenol o formaldehido. En este tipo de vacunas es necesario dividir la cantidad total que se necesita para inducir la protección en varias dosis con intervalos de días o semanas debido a la alta concentración de microorganismos muertos que se deben administrar ya que no se replican como ocurre con las vacunas atenuadas. Algunos ejemplos de vacunas muertas son la Salk para la polio, rabia, gripe y la tosferina (Bordetella pertussis). 3.- Vacunas toxoides Son preparaciones obtenidas a partir de toxinas bacterianas inactivadas. Generalmente se utiliza el formol (c.a. 38% de formaldehido en H2O). Los toxoides son muy efectivos en la prevención de la difteria (Corynebacterium diphtheriae) y el tétanos (Clostridium tetani). A pesar de los logros obtenidos con este tipo de vacunas, existen una serie de limitaciones en la producción de vacunas según el modelo tradicional: a.- No todos los agentes infecciosos pueden crecerse en cultivo, por lo que todavía no se han desarrollado vacunas para estas enfermedades. b.- La producción de virus animales y humanos requiere cultivos celulares, los cuales son caros, obteniéndose además bajos rendimientos. c.- Son necesarias grandes medidas de seguridad para asegurar que tanto el personal de laboratorio como de producción no van a estar expuestos al agente patógeno.

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d.- Se corre el riesgo de que los lotes de vacunas no estén completamente muertos o atenuados durante el proceso de producción por lo que se pueden introducir organismos virulentos en las vacunas y dispersar la enfermedad inadvertidamente. e.- Las cepas atenuadas pueden revertir, una posibilidad que requiere continuos ensayos para asegurar que no ha ocurrido una readquisición de la virulencia. f.- No todas las enfermedades (p.ej. SIDA) se pueden prevenir a través del uso de vacunas tradicionales. g.- La mayor parte de las vacunas actuales tienen una vida media limitada y a menudo requieren refrigeración para mantener su potencia. Estos requerimientos originan problemas de almacenamiento en aquellos países con grandes áreas rurales sin electrificar. En la última década, la tecnología del DNA recombinante ha supuesto la creación de una nueva generación de vacunas que permiten obviar las limitaciones de las clásicas. La disponibilidad de clonación de genes ha permitido a los investigadores contemplar nuevas estrategias en el desarrollo de vacunas: 1.- Se pueden eliminar (curar) los genes de virulencia de un agente infeccioso y que mantenga la habilidad de estimular una respuesta inmune. En este caso, el organismo modificado genéticamente puede usarse como una vacuna viva sin las preocupaciones acerca de la reversión a la virulencia, ya que es imposible que un gen completo pueda ser readquirido espontáneamente durante el crecimiento en cultivo puro. 2.- Se pueden crear sistemas vivos no patógenos que transporten determinantes antigénicos de un agente patógeno con el que no estén relacionados. De esta forma el sistema transportador facilita la inducción de una fuerte respuesta inmunológica dirigida contra el agente patógeno. 3.- Para aquellos agentes infecciosos que no se pueden mantener en cultivo, los genes que codifican para las proteínas que tienen determinantes antigénicos se pueden aislar, clonar y expresar en un huésped alternativo tal como Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae o líneas celulares de mamíferos. Estas proteínas pueden ser formuladas en vacunas de subunidades. Las vacunas de subunidades utilizan solamente aquellos fragmentos antigénicos más adecuados para estimular una respuesta inmunitaria potente. Los genes de estas subunidades proteicas pueden ser introducidos en el genoma de una bacteria o levadura mediante las técnicas de ingeniería genética. La bacteria o levadura produce estas subunidades en cantidad y son después recolectadas y purificadas para utilizarlas como vacunas.

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Producción de vacunas Producción de toxoides bacterianos Las toxinas bacterianas se inactivan para producir toxoides de tal manera que pierdan su toxicidad pero que retengan su antigenicidad. La vacunación a gran escala no comenzó hasta que Ramón halló en 1924 una forma segura y reproducible de inactivación de las toxinas y los microorganismos patógenos mediante su tratamiento con formaldehido y después de conseguir la atenuación de los patógenos mediante pasos sucesivos en medios de cultivo in vitro. Cepas: La vacunación con toxoides se utiliza en humanos para enfermedades causadas por Clostridium tetani y Corynebacterium diphtheriae. Cada productor ha llevado a cabo a lo largo del tiempo una selección de aquellas cepas que producen un máximo de producción de toxina en el medio de cultivo que él mismo ha desarrollado. La mayoría de las cepas son estables en liófilos. Medio de cultivo: Generalmente las toxinas bacterianas no se producen en grandes cantidades en medios sintéticos, por lo que es necesario añadir una fuente de proteínas como la carne, caseína y como alternativa soja. La carne se digiere con papaína o tripsina y la caseina se digiere con ácido o tripsina. Este medio debe ser suplementado con varios aminoácidos y vitaminas por lo que se añade extracto de levadura. La fuente de carbono es glucosa aunque también se puede utilizar sacarosa y maltosa. Condiciones de cultivo: La mayoría de las vacunas toxoides se producen a partir de Clostridium (anaerobio) por lo que no hay ningún requerimiento especial para la introducción de gases en el cultivo. Puesto que también son sacarolíticos, son organismos que producen ácidos a partir del azúcar por lo que se debe controlar el pH. El tiempo de incubación se debe determinar en función de la cantidad de toxina que se produce, para lo cual existen diversas técnicas tanto enzimáticas (lecitinasa, hemólisis, proteolisis) como ensayos en animales (cobayas, ratones, conejos) usando como indicadores la muerte o lesiones en la piel. Inactivación: Las toxinas bacterianas se inactivan siempre con formaldehido. Aislamiento: El toxoide de Clostridium tetani se purifica por ultrafiltración utilizando membranas con un tamaño de poro de 0,001-0,05 µm. La purificación enCorynebacterium diphtheriae difiere en que la toxina se purifica primero y después se convierte en toxoide. Para la purificación primero se elimina la mayor parte de las proteínas por precipitación con 25% de sulfato amónico en presencia de carbón activo y en condiciones alcalinas. Después de filtrar, la toxina presente en el filtrado se precipita por adición de sulfato

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amónico al 20%, se recoge por filtración, se redisuelve y se elimina el sulfato amónico por diálisis. Producción de vacunas virales El primer paso esencial en la producción de vacunas víricas, sean vivas o inactivadas, es la obtención de una gran cantidad de material rico en antígenos virales. Debido a que las células vivas son esenciales para la replicación de los virus, las fuentes de tales materiales están limitadas a tejidos de animales infectados, embriones de pollos y cultivos celulares. Independientemente del sustrato utilizado, es de vital importancia para la producción el mantener un lote de virus como inoculante. Estos lotes se suelen conservar bien liofilizados o congelados en Nitrógeno líquido. Los microbiólogos cultivan los virus para aislar y producir cantidades suficientes tanto para su estudio como para la producción de vacunas. En general, existen 3 métodos para cultivar virus animales: animales vivos, huevos embrionados de pollo (o pato) y cultivos celulares. Animales vivos: En la actualidad, el uso de animales vivos para la producción de vacunas víricas está prácticamente abandonado. Sin embargo, se ha utilizado para la obtención de vacunas contra la viruela, rabia y fiebre amarilla. Huevos embrionados: Uno de los métodos más económico y práctico para cultivar una gran variedad de virus animales es el uso de huevos de pollo embrionados. El descubrimiento de que los virus se podían cultivar por esta sencilla técnica fue hecho en 1931. Los huevos embrionados pueden ser inoculados asépticamente con virus, usando una aguja y jeringa, a través de un agujero que se realiza en la cáscara. Este agujero se sella con parafina y los huevos se incuban a 36°C durante 2 a 3 días para permitir que los virus se multipliquen. Los embriones de pollo contienen diferentes tipos de células y tejidos en los que varios virus pueden replicarse. Por ejemplo, la membrana corioalantoica permite el crecimiento de herpesvirus y varicela. La cavidad amniótica permite el crecimiento del virus de la gripe y de la parotiditis. Cultivo de tejidos: Es el método más usado para el cultivo de virus animales. Una vez que el cultivo celular ha crecido, es posible usarlo como un hospedador in vitro para un virus. Los virus invaden las células causando normalmente algún tipo de cambio visible en el crecimiento de las células de la monocapa cercanas al sitio de la infección inicial. Este cambio localizado, denominado efecto citopático (CPE), es un deterioro de las células del cultivo de tejidos causado por el virus. La CPE puede tener diferentes apariencias dependiendo de un virus particular y del tipo de células en el cultivo.

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Producción de vacunas recombinantes (Hepatitis B) La hepatitis B es una enfermedad vírica que mata cada año a dos millones de personas. En 1976 un equipo de investigación de los laboratorios Merck (Dr. Hilleman) demostró experimentalmente la viabilidad de una vacuna contra el virus de esa forma de hepatitis (VHB); la inyección de antígeno particulado purificado, procedente del plasma de personas infectadas, protegía a los animales de la infección por el VHB. La vacuna era eficaz, pero no podía producirse en grandes cantidades dada la limitación de donantes. La solución vino de la mano de la clonación del genoma del VHB y la expresión de las partículas del VHB en Saccharomyces cerevisiae. La manipulación genética de la levadura permitió producir elevadas cantidades del antígeno de superficie con la misma conformación que las partículas derivadas de los donantes de plasma. En la actualidad la vacuna se administra a varios millones de personas en todo el mundo, la enfermedad está desapareciendo y cabe esperar que la insuficiencia hepática y el cáncer causados por esta infección pasen pronto a la historia. En la actualidad, la vacuna se administra a varios millones de personas en todo el mundo, la enfermedad está desapareciendo y cabe esperar que la insuficiencia hepática y el cáncer causados por esta infección pasen pronto a la historia.

Transferencia Las vacunas tradicionales se pueden clasificar dentro de tres tipos: vacunas atenuadas, vacunas inactivadas y vacunas toxoides. De las vacunas inactivas se puede decir: A. Son preparaciones obtenidas a partir de toxinas bacterianas inactivadas. Generalmente se utiliza el formol (c.a. 38% de formaldehido en H2O) B.

C. D.

En este tipo de vacunas es necesario dividir la cantidad total que se necesita para inducir la protección en varias dosis con intervalos de días o semanas debido a la alta concentración de microorganismos muertos que se deben administrar Son preparaciones de bacterias o virus vivos que están tan debilitados o alterados que ya no son virulentos, siendo todavía capaces de provocar una respuesta inmune. Ninguna de las anteriores

Para saber más: Tipos de inmunidad Antígenos y anticuerpos La respuesta inflamatoria

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3.3.4. Lección 44: Productos farmacéuticos de origen microbiano

Producción de proteínas recombinantes humanas31 La recombinación de genes humanos en el ADN de bacterias es una de las posibilidades que ofrece la biotecnología, y que posibilita obtener proteínas humanas con fines terapéuticos. Por ejemplo, insulina humana obtenida a partir de la bacteria Escherichia coli. Esta técnica es de gran valor porque las bacterias se reproducen rápidamente y pueden duplicar su número cada 20 minutos. De esta forma se pueden obtener en poco tiempo muchas copias del gen humano inserto en el ADN bacteriano, y producir grandes cantidades de proteínas recombinantes. A escala industrial, la producción de proteínas recombinantes involucra las siguientes etapas: • Fermentación: las bacterias son cultivadas en tanques sellados (fermentadores) que contienen un medio de cultivo nutritivo. • Extracción: las células son centrifugadas para recuperar las proteínas de su interior. • Purificación: se separa la proteína recombinante de las otras proteínas bacterianas. • Formulación: la proteína recombinante es modificada para conseguir una forma estable y estéril que puede administrarse terapéuticamente. Cada una de las fases de la elaboración implica un manejo muy cuidadoso de los materiales y un estricto control de calidad para optimizar la extracción, la pureza, la actividad y la estabilidad del fármaco. Dependiendo del producto y del tipo de célula utilizada, la producción de proteínas recombinantes puede ser un proceso simple o más complejo. Aunque la complejidad del proceso aumentaría el costo final del producto, el valor nunca sobrepasará al gasto de aislar el compuesto desde su fuente original (por ejemplo, obtención de insulina a partir de páncreas de porcinos o bovinos) para llegar a cantidades medicinales. 31

http://www.argenbio.org/index.php?action=novedades¬e=194

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Productos biotecnológicos destinados a la salud humana La ingeniería genética permite que numerosas proteínas potencialmente terapéuticas, que antes se producían solo en pequeñas cantidades, puedan elaborarse en grandes cantidades. En la actualidad existen más de 30 proteínas aprobadas para su uso clínico, y cientos de genes de proteínas terapéuticas que se han expresado a nivel de laboratorio y que están intentando demostrar su adecuación clínica. La tabla que aparece a continuación enumera una diversidad de proteínas recombinantes que hoy se comercializan y emplean como fármacos para el tratamiento de diversas patologías en humanos. También pueden producirse antígenos y anticuerpos como proteínas recombinantes, que se emplean en la confección de kits o sistemas de diagnóstico de diversas enfermedades.

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Tabla 8. Productos farmacéuticos aplicados a la salud humana y que provienen de organismos genéticamente modificados

Para saber más: Proteínas recombinantes Qué es la ingeniería genética Producción de antibioticos

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: Una de las aplicaciones más importantes de la ingeniería genética en el sector sanitario es la obtención a escala industrial de productos propios de los seres vivos que éstos fabrican en cantidades muy pequeñas, pero cuya carencia implica graves desajustes del funcionamiento del organismo.De este modo, proteínas como la hormona del crecimiento o la insulina, que el hombre produce en cantidad apenas detectable, puede ser sintetizada por la bacteriaEscherichia coli, previa manipulación genética, en una cantidad superior al 10% del total de las proteínas celulares. POSTULADO 1: Los conocimientos referentes a la expresión de proteínas mamíferos en microorganismos se han desarrollado con gran rapidez y el número de proteínas humanas producidas mediante manipulación genética de Escherichia coli va aumentando día a día en la actualidad. POSTULADO 2: La técnica utilizada para la obtención de una proteína concreta consiste en aislar el gen que está en el origen de su síntesis, recombinarlo con un vector adecuado e introducirlo en una bacteria que siguiendo la información del gen insertado, producirá la proteína en cuestión.

3.3.5. Lección 45: Contaminación de productos farmacéuticos y su control

La legislación colombiana32(Delgado, 2004)establece límites de contaminación antes, durante y después de laliberación del área mediante el análisis microbiológico del ambiente, superficies, equipos, sistemas deventilación y uniformes de trabajo hasta establecer límites de confianza y niveles de aceptación de cada una de las zonas del área para cumplir con las normas nacionales exigidas por la entidad gubernamentalreguladora

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Adaptado de http://www.javeriana.edu.co/universitas_scientiarum/universitas_docs/vol9n2/23-34.PDF

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de los laboratorios farmacéuticos en Colombia, Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentosy Alimentos (INVIMA). La entidad que regula los laboratorios farmacéuticos en Colombia es el Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA), según el cual, es de obligatorio cumplimiento implementar las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) de acuerdo a lo establecido en el artículo 12 del decreto 677 de 1995, para todas las plantas farmacéuticas de Colombia, reglamentadas en la resolución No. 003183 del 23 de agosto de 1995, en donde se determina la adopción del Manual de BPM serie de Informes Técnicos No. 823 (Informe 32) de la Organización Mundial de la Salud. Se sabe que los productos farmacéuticos pueden llegar a ser contaminados por varios elementos en diferentes puntos a lo largo de la línea de manufactura; la carga microbiana de los productos finales puede representar la contaminación de las materias primas, de los equipos con los cuales fueron elaborados, de la atmósfera, de las personas que operaron durante el proceso o de los envases dentro de los cuales fueron empacados. Algunos de estos contaminantes pueden ser patógenos, mientras que otros pueden desarrollarse en presencia de preservativos y malograr el producto. Por razones tanto sanitarias como económicas, se hace indispensable para la industria farmacéutica implementar el control de la calidad ambiental que asegure que los productos se fabriquen de manera uniforme y controlada, de acuerdo con las normas de calidad adecuadas al uso que se pretende dar a los productos, conforme a las condiciones exigidas para su comercialización, y que cumplan satisfactoriamente los requerimientos microbiológicos, farmacológicos y terapéuticos. Control de calidad en la microbiología farmacéutica33 La Industria Farmacéutica(El rol del laboratorio de control de calidad externo en la industria farmaceutica) es una de las Industrias que debe sostener los más altos parámetros de calidad por el tipo de producto que elabora. Según los requerimientos oficiales se debe trabajar según recomendaciones de las Buenas Prácticas de Fabricación y Control de 2003 aprobadas por la Asamblea Mundial de la Salud. Las Buenas Prácticas de Fabricación y Control (BPFyC) constituyen el factor que asegura que los productos se fabriquen en forma uniforme y controlada, de acuerdo a normas de

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www.posgrados.frc.utn.edu.ar/congreso/trabajos/46.doc

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calidad adecuadas al uso que se pretende dar a los productos, conforme a las condiciones exigidas para su comercialización. Las reglamentaciones que rigen las BPFyC tienen como objetivo principal disminuir los riesgos inherentes a toda producción farmacéutica. Por esta razón las BPFy C exigen1:       

Calificación y validación de todos los procesos involucrados en la producción y control Provisión de los recursos necesarios: humanos (altamente entrenados), instalaciones (apropiadas), equipos (calificados). Instructivos y procedimientos aprobados para todas las actividades Registro e investigación de las desviaciones Trazabilidad Almacenamiento y distribución adecuada de los productos Estudio de todo defecto de calidad, adoptando las medidas apropiadas para prevenir que se repitan y para retirar los productos del mercado, si fuese necesario.

Si bien, todas las industrias farmacéuticas deben tener su laboratorio de control de calidad, existen numerosos ensayos que por su frecuencia o complejidad, las autoridades nacionales permiten su tercerización, bajo la responsabilidad del Director Técnico, y previa firma de un contrato con el laboratorio tercerista prestador del servicio. El contrato con el tercerista incluye expresamente que el contratante realizará auditorías al contratado, además de describir el procedimiento a seguir si el análisis demuestra que el producto controlado debe ser rechazado. El laboratorio de Análisis Farmacéutico se dedica a la realización de ensayos sobre materias primas, medicamentos, medicamentos veterinarios, reactivos de diagnóstico, productos médicos y cosméticos, según normas de Farmacopeas, para la industria farmacéutica, para instituciones públicas y privadas.

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Transferencia PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE POSTULADOS Las preguntas que encontrará a continuación constan de una afirmación VERDADERA (tesis) y dos postulados también VERDADEROS, identificados con POSTULADO I y POSTULADO II. Usted debe analizar si los postulados se deducen lógicamente de la afirmación y selecciona la respuesta en su hoja de cotejo, conforme a la siguiente instrucción: Marque A si de la tesis se deducen los postulados I y II. Marque B si de la tesis se deduce el postulado I. Marque C si de la tesis sólo se deduce el postulado II. Marque D si ninguno de los postulados se deduce de la tesis.

TESIS: Una de las prácticas que se puede hacer para eliminar los los desechos líquidos microbiológicos es ponerlos en el autoclave por 30 minutos, a 121ºC y 15 libras de presión. POSTULADO 1: Una desventaja del método de uso de la autoclave es que en el caso de grandes cantidadesse requerirá de una autoclave de gran volumen. POSTULADO 2: Las altas presiones y temperaturas causan la desnaturalización de los gérmenes patógenos.

3.3.6. Actividades de repaso del capítulo 9

Estudio de caso: La Tuberculosis La tuberculosis es una de las enfermedades más antiguas que afectan a los seres humanos. Aunque se estima una antigüedad entre 15.000 a 20.000 años, se acepta más que esta especie evolucionó de otros microorganismos más primitivos dentro del propio género Mycobacterium. Se puede pensar que en algún momento de la evolución, alguna especie de micobacterias traspasara la barrera biológica, por presión selectiva, y pasara a tener un reservorio en animales. Esto, posiblemente, dio lugar a un anciano progenitor del Mycobacterium bovis, que es la aceptada por muchos como la más antigua de las especies que actualmente integran el denominado complejo Mycobacterium tuberculosis, que incluye M. tuberculosis, M. bovis, M. africanum y M. microti. El "escalón" siguiente sería el paso del M. bovis a la especie humana, coincidiendo con la domesticación de los animales por parte del hombre. Así, posiblemente, pudo surgir como patógeno para el hombre. Para esta enfermedad, debes determinar la triada epidemiológica:  El agente etiológico,  El huésped y  El agente ambiental.

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Bibliografía Unidad 3

ARGENBIO. (2007). Metabolitos microbianos importantes para la industria . Recuperado el 6 de mayo de 2010, de Argenbio: http://www.argenbio.org/index.php?action=novedades¬e=194 BONINIi, E. (s.f.). Contaminación alimentaria y control sanitario. Recuperado el 25 de Enero de 2010, de www.monografias.com: http://www.monografias.com/trabajos28/contaminacion-alimentaria/contaminacionalimentaria.shtml?monosearch BROCK, T., SMITH, D., & MADIGAN, M. (2000). Microbiología (Cuarta Edición ed.). Mexico: Prentice Hall Hispanoamericana S.A. COLABORADORES DE WIKIPEDIA. (11 de julio de 2010). Bacteria. Recuperado el 13 de julio de 2010, de Wikipedia: http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Bacteria&oldid=38709924 DABBENE, V., QUINZIO, E., CASTELLI, G., TORRES, P., & ROUGIER, N. (s.f.). El rol del laboratorio de control de calidad externo en la industria farmacéutica. Recuperado el 6 de junio de 2010, de Unidad Ceprocor: www.posgrados.frc.utn.edu.ar/congreso/trabajos/46.doc Delgado, M. E. (18 de 08 de 2004). Determinación de parámetros de la contaminación microbiana presente en un área de fabricación de medicamentos. Recuperado el 25 de Enero` de 2010, de Universitas Scientiarum Vol 9, No. 2: http://www.javeriana.edu.co/universitas_scientiarum/universitas_docs/vol9n2/23-34.PDF DREYFUS CORTÉS, G. (1995). El mundo de los microbios. (F. d. V., Productor) Recuperado el 6 de Mayo de 2010, de Biblioteca digital Ilce: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/43/html/sec_1.html El rol del laboratorio de control de calidad externo en la industria farmaceutica. (s.f.). IÁÑEZ PAREJA, E. (1999). Curso de Inmuniología General. Recuperado el 6 de Junio de 2010, de Universidad de Granada: http://www.ugr.es/~eianez/inmuno/cap_01.htm ESCOBAR, F. A. (7 de julio de 2010). Microbiología de frutas y hortalizas. Recuperado el 13 de julio de 2010, de Scribd: http://www.scribd.com/doc/34023092/Microbiologia-deFrutas-y-Hortalizas

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FAO. (1995). Inocuidad y comercio de alimentos. Recuperado el 3 de junio de 2010, de Repositorio de documentos de la FAO: http://www.fao.org/docrep/v9723t/v9723t0g.htm IAÑEZ PAREJA, E. (5 de octubre de 2003). Curso de microbiología. Recuperado el 6 de mayo de 2010, de Universidad de Granada: http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/01historia.htm Importancia de los microorganismos en la elaboración de alimentos. (s.f.). Recuperado el 17 de abril de 2010, de Universidad de Navarra: http://www.unavarra.es/genmic/curso%20microbiologia%20general/001introduccion%20micro%20alimentos%202.htm MARTÍNEZ, M. M. (1999). Microbiología (Segunda Edición ed.). Bogotá, Colombia: Unad. MATEOS GONZALEZ, P. (s.f.). Tema 21: Producción industrial de productos lácteos. Recuperado el 13 de julio de 2010, de Servidor Educativo Dpto de microbiología y genética Universidad de Salamanca: http://nostoc.usal.es/sefin/MI/tema21MI.html MATEOS, P. F. (s.f.). Tema 16: Producción de vacunas. Recuperado el 6 de mayo de 2010, de Servidor Educativo. Dpto de Microbiología Universidad de Salamanca: http://nostoc.usal.es/sefin/MI/tema16MI.html MONTOYA VILLAFAÑE, H. H. (2008). Microbiología básica para el área de la salud y afines (Segunda Edición ed.). Medellín, Colombia: Universidad de Antioquia. NACHON CICCIARELLA, H. N. (2008). Epidemiología. Recuperado el 6 de mayo de 2010, de Ciencias biológicas: http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/epidemiologa.html PELCZAR, M. J., REID, R. D., & CHAN, E. (1977). Microbiología (Segunda Edición ed.). Mexico: McGraw-Hill Book Co.

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Resumen de la Unidad 3

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Las características que deben tener los microorganismos utilizados en la industria, es que deben ser pequeños, eficientes, con rápido transporte de nutrientes y elevada tasa metabólica. Un microorganismo de uso industrial debe producir la sustancia de interés; debe ser genéticamente estable y debe crecer rápidamente en cultivos a gran escala y no debe ser patógeno para el hombre, plantas o animales. El microorganismo debe también crecer en un relativamente barato medio de cultivo disponible en grandes cantidades. Bacterias y hongos descomponen la materia orgánica, convirtiéndola en materia inorgánica, para que sea vuelta a utilizar por los productores. La actividad de los microorganismos es muy importante para la transformación y la vida de los suelos. Las bacterias y los hongos participan en los ciclos del carbono, nitrógeno, azufre, fósforo y en la incorporación del potasio y el magnesio, entre otros, para su asimilación por los vegetales. Los procesos biológicos que se desarrollan en el suelo, por los microorganismos son: humificación (descomposición de la materia orgánica por hongos, bacterias, actinomicetos, lombrices y termitas) y transformaciones del nitrógeno (amonificación, nitrificación, fijación). Los microorganismos (bacterias y levaduras) se han utilizado desde tiempos antiguos para producir alimentos. Los microorganismos al crecer y utilizar los alimentos como fuente de nutrientes producen cambios en la apariencia, sabor, olor y otras cualidades del alimento. Estos procesos de degradación son: Putrefacción, Fermentación y Enranciamiento. Infecciones alimentarias: Las ETAs producidas por la ingestión de alimentos o agua contaminados con agentes infecciosos específicos tales como bacterias, virus, hongos, parásitos, que en el intestino pueden multiplicarse y/o producir toxinas. Los Principios Generales de Higiene de los Alimentos constituyen una base para garantizar la higiene de los alimentos, haciendo hincapié en los controles esenciales en cada fase de la cadena alimentaria y recomendando la aplicación del sistema de análisis de riesgos y de los puntos críticos de control (HACCP) siempre que sea posible para potenciar la inocuidad de los alimentos.

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