Temas 26-27. Microorganismos importancia sanitaria y ecológica

Biología 2º bachillerato Bloque V. Microbiología. Temas 26 y 27. MICROORGANISMOS. IMPORTANCIA SANITARIA Y ECOLÓGICA. BIOTECNOLOGÍA ÍNDICE 1. Microorganismos y medio ambiente 2. Microorganismos y salud 3. Microbiología industrial 4. Biotecnología en agricultura, ganadería y alimentación

1.

MICROORGANISMOS Y MEDIO AMBIENTE

1.1 LOS MICROORGANISMOS Y LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS En la naturaleza los organismos viven en complejas comunidades formadas por las poblaciones de las diferentes especies que interaccionan entre sí y con el medio. La materia circula en los ecosistemas de forma cerrada, teniendo los microbios un papel fundamental en la descomposición y remineralización de la materia orgánica para su vuelta al ciclo, proceso que se conoce como ciclos biogeoquímicos. Su papel se debe a su amplia distribución en todo tipo de ambientes, a su facilidad de dispersión, a su diversidad metabólica, y a su pequeño tamaño y unicelularidad, que favorecen el rápido intercambio de nutrientes y productos del metabolismo con el medio. A continuación estudiaremos los ciclos biogeoquímicos de los principales elementos que componen las biomoléculas. Para completar la información puedes ir al tema 4 de Ciencias de la Tierra (http://ctmmjmorales.blospot.com), o a tu libro de texto de Biología.

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CICLO DEL CARBONO El C tiene dos reservorios en la Tierra: uno es geológico, formando las rocas carbonatadas, combustibles fósiles y sedimentos, que no llegan fácilmente a los seres vivos, el otro es atmosférico, más activo biológicamente, donde lo encontramos como dióxido y monóxido de carbono y metano. Además hay iones disueltos en equilibrio con el dióxido. El CO2 entra en los seres vivos por fotosíntesis oxigénica y anoxigénica (bacterias fotosintéticas rojas y verdes), es utilizado por los consumidores aerobios o anaerobios como fuente de carbono y energía, y los restos de C orgánico vuelven a remineralizarse por respiración anaerobia o por fermentación. Las arqueobacterias metanógenas usan el dióxido de C, en anaerobiosis, produciendo metano que se oxidará de nuevo a dióxido por bacterias metanotrofas.

CICLO DEL NITRÓGENO Uno de los ciclos donde el papel de los microbios es fundamental dado que llevan a cabo transformaciones que ningún otro ser vivo realiza. El principal reservorio de nitrógeno es la atmósfera donde aparece como molécula poco reactiva, además aparece en el humus y en rocas sedimentarias, pero las reservas activas son compuestos inorgánicos solubles en agua como amonio, nitritos y nitratos. Las bacterias llevan a cabo los procesos de: Fijación de nitrógeno. Convierten nitrógeno gaseoso en amonio, a veces individualmente en el suelo y en el agua, a veces asociadas a plantas superiores. Este es un proceso endergónico pero permite adaptarse a suelos pobres en nitrógeno y lo introduce en las cadenas tróficas. La enzima responsable del proceso es la nitrogenasa, inactiva en presencia de oxígeno, aunque algunas bacterias protegen la enzima en medios aerobios, ya sea con un incremento en la tasa respiratoria, ya sea porque la introducen en heterocistos, como las cianobacterias, o en nódulos radicales como Rhizobium. Estos producen leghemoglobina que captura el oxígeno e impide su acumulación. Amonificación. Es uno de los productos de excreción de los seres vivos, ya sea directamente o en forma de urea y ácido úrico, y será degradado por bacterias amonificantes. Nitrificación. Conversión de amonio a nitrato por bacterias quimiolitotrofas que utilizan amonio y nitritos como fuentes de energía, liberando nitratos. Son aerobias. Temas 26 y 27 Microorganismos. Importancia sanitaria y ecológica. Biotecnología

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Asimilación. Las plantas utilizan los nitratos incorporándolos a proteínas y ácidos nucleicos, que después pasarán a los consumidores. Desnitrificación. Conversión de nitratos a nitrógeno gaseoso por bacterias desnitrificantes a través de respiración anerobia, siendo el nitrato el aceptor de electrones y liberándose nitrógeno molecular a la atmósfera.

CICLO DEL AZUFRE El reservorio principal es mineral, en forma de yesos, por ejemplo o de pirita. En los océanos hay mayores cantidades biodisponibles en forma de sulfatos. Las principales transformaciones biológicas son las que interconvierten los sulfatos en sulfuro de hidrógeno. Reducción del sulfato. A través de la actividad de las plantas y microbios este se reduce a sulfuro de hidrógeno que formará moléculas orgánicas. Algunos microbios pueden mineralizar el azufre orgánico liberando sulfuro de hidrógeno mediante la desulfurilación. Además, las bacterias reductoras de sultato pueden reducirlo a sulfuro utilizándolo como aceptor de electrones en respiración anaerobia, es la reducción desasimilatoria de sulfatos, y se da en sedimentos marinos. Oxidación de sulfuros y azufre elemental. La llevan a cabo las bacterias quimiolitrotrofas del azufre, propias de ambientes ácidos, y las bacterias anoxigénicas del azufre (bacterias rojas y verdes del azufre), se usan los compuestos reducidos de azufre como donadores de electrones en la fotosíntesis, generando sulfatos en ambientes anaerobios.

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CICLO DEL HIERRO Los microbios llevan a cabo la solubilización del hierro, reduciendo anaeróbicamente la forma férrica a ferrosa, más soluble, para ponerlo a disposición de otros organismos en ambientes encharcados y sedimentos lacustres anóxicos, o bien la oxidación del hierro, en ambientes ácidos oxigenados, como las aguas de drenaje de minas, siendo aquí bacterias quimiolitotrofas del hierro las que usan el ion ferroso como fuente de energía, oxidándolo a forma férrica. CICLO DEL FÓSFORO Los reservorios se encuentran en agua y suelos en forma de fosfatos, y son las plantas acuáticas y el fitoplancton los responsables de incorporarlo a las cadenas tróficas. Los microbios solubilizan el fosfato insoluble o transfieren formas inorgánicas a orgánicas.

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1.2MICROORGANISMOS Y EL CONTROL AMBIENTAL Los ecosistemas tienden a buscar el equilibrio, la clímax, aunque a lo largo de su historia experimenten fluctuaciones. Si la alteración que sufren es duradera o drástica (contaminación, por ejemplo), la actuación humana se hace necesaria con procesos de restauración ecológica, muchos de los cuales tienen como protagonistas a los microorganismos ya sea en su versión natural, ya sean generados a través de procesos biotecnológicos (ingeniería genética). EUTROFIZACIÓN Es un proceso natural de las aguas por enriquecimiento en nutrientes, sobre todo nitrógeno y fósforo, lo cual produce un desarrollo de enormes masas de algas y plantas acuáticas. Al cabo de un tiempo, se agota el nitrógeno soluble, se empobrece de oxígeno la masa de agua, empiezan a morir los animales, y se produce una sustitución de los vegetales por las cianobacterias, las únicas capaces de fijar el nitrógeno atmosférico.

El agua adquiere un aspecto y olor desagradable, perdiendo sus propiedades vitales. BIOACUMULACIÓN En ocasiones los productos contaminantes tóxicos o difícilmente biodegradables (plaguicidas, metales pesados) llegan al medio y entran en las cadenas tróficas produciendo un proceso de bioacumulación, resultando altamente nocivos para los seres vivos, también para el humano. Un ejemplo bien conocido es el caso del mercurio que causa el mal de Minamata. Estos problemas y otros han dado lugar al desarrollo de nuevas líneas de investigación en el campo de los microbios. BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL Es el conjunto de procesos mediados por microorganismos cuya finalidad es la conservación y preservación del medio ambiente. Tiene dos líneas de actuación:

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Biorremediación o biorreparación. Utilización de microbios para eliminar sustancias contaminantes del medio ambiente.

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Biodegradación. Degradación de materiales como papel, pintura, fibras textiles, hormigón o hidrocarburos mediante microorganismos.

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BIORREPARACIÓN CON ELIMINACIÓN DE PCB. Se trata de bifenilos policlorados, compuestos difíciles de degradar y muy contaminantes. Algunos microbios anaerobios naturales, presentes en el cieno del río Hudson, en Nueva York, realizan una deshalogenación parcial de los PCB haciendo más fácil su degradación posterior. También se pueden emplear microbios en la biorreparación del subsuelo, por ejemplo donde hay refinerías de petróleo o determinadas industrias químicas que han provocado, por lixiviados, la contaminación del mismo. BIODEGRADACIÓN DE PETRÓLEO. Algunas bacterias, cianobacterias, levaduras, mohos y algas verdes son capaces de descomponer el petróleo o sus derivados. Se utilizan estos organismos para controlar mareas negras, añadiendo para potenciar su acción ciertos nutrientes inorgánicos. El factor limitante es que quedaban productos sin degradar, de modo que se han creado organismos modificados genéticamente del género Pseudomonas (Pseudomonas oleovorans). Otras bacterias producen sustancias surfactantes que, al emulsionar las manchas del vertido, facilitan su degradación. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. Uno de los procesos en los que se emplean los microbios es el tratamiento de nuestras aguas residuales en las llamadas EDAR, así como de gran parte de los residuos orgánicos mediante los procesos de compostaje. En las EDAR los microbios cobran importancia en el llamado tratamiento secundario o biológico. Tratamiento secundario. Eliminación de la materia orgánica biodegradable mediante una digestión microbiana acelerada, en tanques con condiciones aerobias. Dos procedimientos:

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Lodos o fangos activos, El agua se coloca en depósitos de grandes dimensiones con condiciones aerobias de modo que las bacterias presentes o las que se añadan degraden la materia orgánica por oxidación. El oxígeno se aporta mediante turbinas o difusores. Se forma un sustrato gelatinoso con un cultivo muy activo de bacterias situado en el fondo del tanque

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Lechos o filtros bacterianos, Tanques rellenos de piedras o material sintético en cuya superficie se forma una película de bacterias, hongos y protozoos. El agua pasa a través del filtro en forma de lluvia y los microbios van degradando la materia orgánica. El agua depurada se recoge en la parte inferior.

1.3 MICROORGANISMOS Y MINERÍA Se han desarrollado tecnologías que utilizan microbios para la extracción más rentable de ciertos metales, uranio y petróleo, como: BIOLIXIVIACIÓN Cuando hay menas metálicas secundarias, con baja concentración del metal, como cobre o hierro, se usan bacterias como Thiobacillus ferrooxidans que solubilizan estos metales y permiten su obtención a bajo coste, precipitándolo posteriormente.

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RECUPERACIÓN DE PETRÓLEO CAUTIVO Con el método tradicional (presión e inyección de agua o gases) se obtiene un 50 % del petróleo de un yacimiento, quedando un resto que se denomina petróleo cautivo. Este se puede extraer inyectando a presión agua espesada con polisacáridos de origen bacteriano, la goma de xantano, producidos por Xantomonas campestris. 1.4 MICROORGANISMOS Y BIOCOMBUSTIBLES Recientemente se ha iniciado también el campo de la búsqueda de nuevas fuentes energéticas con menor capacidad contaminante. Son los biocombustibles, y en este campo también se han incluido los microorganismos. BIODIÉSEL En su obtención, por esterificación de triglicéridos con alcoholes de bajo peso molecular, se usan como biocatalizadores lipasas producidas por Candida, Penicillium o Pseudomonas. La fuente de triglicéridos son los aceites de girasol, colza o soja, sebo de vaca o aceites producidos por bacterias, algas unicelulares y hongos. El biodiesel es biodegradable, no tóxico y reduce las emisiones contaminantes a la atmósfera. BIOETANOL Alcohol etílico producido por fermentación de azúcares procedentes de cereales, remolacha, caña de azúcar o biomasa. Al no ser azúcares en principio fermentables (complejos) deben hidrolizarse. La fermentación es por levaduras pero también bacteriana y produce una mezcla de metanol y agua que se separan por destilación. La utilización de biocombustibles ha crecido de forma exponencial en los últimos años sustituyendo poco a poco a los combustibles fósiles pero tiene su contrapartida en la disminución de semillas para consumo humano que han incrementado sus precios, además de la deforestación de grandes extensiones de bosques tropicales para el monocultivo de estas especies. Si fuera la única fuente energética en sustitución del petróleo y el gas, requeriría una extensión de cultivo cuatro veces superior a la superficie cultivable del planeta. 2. MICROORGANISMOS Y SALUD Además de ocupar todo tipo de ambientes, el cuerpo humano constituye un medio habitual para el desarrollo de los microorganismos. En algunos casos forman parte de la biota normal y no causan daño alguno, protegiéndonos de la entrada de otros microbios que sí son patógenos y por ello responsables de las llamadas enfermedades infecciosas. Algunos son microbios oportunistas, normalmente inocuos pero que pueden convertirse en patógenos en determinadas circunstancias.

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2.1 INFECCIÓN Una enfermedad infecciosa es la manifestación clínica consecuente a una infección provocada por un microorganismo —como bacterias, hongos, virus, protozoos, etc.— o por priones. En el caso de agentes biológicos patógenos de tamaño macroscópico, no se habla de infección sino de infestación. Las enfermedades infecciosas se dividen en transmisibles y no transmisibles.

 Las enfermedades infecciosas transmisibles se pueden propagar directamente desde el individuo infectado, a través de la piel o membranas mucosas o, indirectamente, cuando la persona infectada contamina el aire por medio de su respiración, un objeto inanimado o un alimento.

 En las enfermedades infecciosas no transmisibles el microorganismo no se contagia de un individuo a otro, sino que requiere unas circunstancias especiales, sean medioambientales, accidentales, etc., para su transmisión. En estos casos, las personas infectadas no transmiten la enfermedad. La infección es un proceso que depende de dos factores:

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Patogenicidad. Capacidad del parásito para producir en el huésped los cambios fisiológicos o anatómicos que constituyen la enfermedad.

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Resistencia o susceptibilidad del hospedador. La capacidad infectiva de un patógeno no depende sólo de su propia patogenicidad, sino también de la capacidad inmunitaria del hospedador (estado de sus defensas y de su nutrición, además de factores ambientales, situación anímica, etc.), que estudiaremos en los temas siguientes. En ocasiones escapan a esas defensas y es entonces cuando se desarrolla la enfermedad.

Estos factores determinan la virulencia del microbio. En todos los casos hay especificidad y ciertos microorganismos producen enfermedades en cierto huésped. FASES DE LA INFECCIÓN Se caracteriza por la aparición de distintos síntomas entre los que podemos mencionar la fiebre, malestar general y decaimiento, toda enfermedad infecciosa pasa por 5 etapas:

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Infección o adherencia. El microbio contacta y penetra en el cuerpo.

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Penetración. Tras la adherencia el agente patógeno puede iniciar el daño allí mismo liberando toxinas, aunque es más normal que penetre en el tejido, se disemine y prolifere.

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

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Periodo de Desarrollo. Aparecen los síntomas característicos, con una fase aguda de fiebre, dolor, etc.

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Fase de Declive. Los síntomas van cediendo por nuestras propias defensas o por la acción de medicamentos.

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

LAS TOXINAS La virulencia de algunos patógenos viene dada por su capacidad para producir toxinas, que son proteasas, nucleasas o lipasas que dañan y desorganizan los tejidos.

Pueden ser:

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Endotoxinas. Componentes lipídicos de la membrana externa de las bacterias gram negativas. Producen fiebre y no son destruidas por calor, tampoco inducen la formación de anticuerpos y su toxicidad es baja. Efectos generales.

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Exotoxinas. Proteínas solubles liberadas al medio de crecimiento por bacterias gram positivas. Son sensibles al calor, muy tóxicas, no producen fiebre. Tienen efectos específicos sobre los tejidos, e inducen la formación de anticuerpos.

Para combatir el efecto de algunas toxinas se han desarrollado antitoxinas, sueros con anticuerpos dirigidos contra la toxina que causan la neutralización de la misma y evitan sus efectos. Y también toxoides, toxinas modificadas que inducen la formación de anticuerpos contra la proteína tóxica evitando su acción si entrara en el hospedador. VÍAS DE CONTAGIO

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Contacto directo con otras personas o con objetos contaminados. Por ejemplo la sífilis y la gonorrea, son dos enfermedades que se propagan por contacto sexual, ya que las bacterias que las ocasionan

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mueren rápidamente fuera del cuerpo. Otros ejemplos pueden ser una enfermedad causada por hongos, como el pie de atleta, u otras como la lepra, la viruela, la varicela, el sarampión, …

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Inhalando las gotitas de agua o saliva cargada de gérmenes, que van dejando las personas cuando tosen o estornudan a poca distancia. De este modo se transmiten la gripe, la difteria, la tuberculosis, …

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Por ingestión de líquidos o comidas contaminadas por microbios procedentes de recipientes sucios, manos sucias, moscas, ratones o animales domésticos. Por ejemplo la salmonelosis producida por la bacteria Salmonella que ocasiona trastornos digestivos importantes debido a que los alimentos están contaminados con ella. El cólera se transmite a través de aguas contaminadas.

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Por insectos y otros vectores. (Se llaman o denominan vectores a los animales que transmiten la enfermedad transportando el microbio que la produce). Así se origina una enfermedad tan peligrosa como la malaria, causada por un protozoo "el plasmodio", típica de zonas pantanosas y que provoca cada año la muerte de más de tres millones de personas en todo el mundo.

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Por contacto indirecto. Ciertas actuaciones de los seres humanos favorecen la transmisión de gérmenes, por ejemplo la hepatitis o en algunos casos el sida, que se transmiten al recibir una persona sangre de otra o mediante instrumentos como jeringuillas o bisturíes.

2.2INFECCIONES BACTERIANAS Se deben generalmente a la producción de toxinas. Existen vacunas para muchas de ellas y casi siempre responden al tratamiento con antibióticos.

2.3INFECCIONES POR PROTOZOOS No son muchos pero si causan enfermedades graves que se suelen tratar con quimioterapia. Actualmente se están desarrollando vacunas contra algunos de los más dañinos, como el causante de la malaria. Temas 26 y 27 Microorganismos. Importancia sanitaria y ecológica. Biotecnología

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2.4INFECCIONES POR HONGOS. MICOSIS Suelen ser infecciones superficiales sobre piel, pelo, uñas y mucosas, en las que el hongo se alimenta de células muertas. Se tratan con antimicóticos. Tiña, pie de atleta, pitiriasis alba y candidiasis son ejemplos. La Candida albicans es un hongo que coloniza la mucosa genital y digestiva, produciendo lesiones solo cuando prolifera. Se contagia a través de relaciones sexuales y indirectamente, por objetos y prendas de vestir. Suele ser oportunista, por ejemplo tras un tratamiento prolongado con antibióticos que destruye la biota normal. 2.5INFECCIONES VÍRICAS El mayor problema con ellos es su elevada tasa de mutación que hace aparecer virus con mayor virulencia. Se contagian de modo directo o indirecto, la mayoría se instala en las mucosas, pero también en el sistema inmunitario y en el hígado. Se tratan con antivirales, vacunas o interferón, pero los antibióticos no funcionan.

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3. 3.1.

MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL MICROORGANISMOS Y PRODUCTOS DE INTERÉS COMERCIAL

Los microorganismos que sintetizan productos útiles para nuestra especie son unos pocos centenares de especies frente a las más de 100.000 que existen en la naturaleza. Existen cuatro grupos de microorganismos de interés industrial: - Las bacterias - Los actinomicetos - Las levaduras - Los mohos Los productos de interés industrial se encuadran en cuatro categorías: - Células microbianas propiamente dichas, como los microorganismos con los que se fabrica pienso utilizado en alimentación animal. - Macromoléculas, como por ejemplo enzimas y polisacáridos. - Productos del metabolismo primario, como por ejemplo etanol, ácido acético, acetona, butanol, aminoácidos, vitaminas y dióxido de carbono. - Productos del metabolismo secundario (compuestos no esenciales para su desarrollo) como por ejemplo los antibióticos, toxinas (botulina), etc. Algunos de los principales microorganismos y productos obtenidos con la ayuda de ellos son: - Saccharomyces cerevisae (Levadura) (Pan, cerveza, vino, etanol) - Lactobacillus bulgaricus (Bacteria) (Yogur) - Penicillium chrysogenum (Hongo) (Penicilinas) - Streptomyces sp. (Bacterias) (Antibióticos) - Escherichia coli (Bacteria) (Insulina, hormona del crecimiento) 3.2.

PRODUCCIÓN DE ALIMENTOS Y BEBIDAS

La producción de alimentos y bebidas por fermentación constituyen hoy en día un sector muy importante dentro de la industria alimentaria. Las fermentaciones más relevantes son la fermentación láctica y la alcohólica. De la fermentación láctica destaca la elaboración del queso; las bacterias que participan producen la fermentación láctica y convierten la lactosa de la leche en ácido láctico, lo que provoca una coagulación y precipitación de las proteínas lácteas, separándose la cuajada del suero. Otros productos lácteos fermentados son líquidos o semilíquidos como el yogur. Para ello se utilizan dos bacterias lácticas: Streptocuccus thermophilus y Lactobacillus bulgaricus. De la fermentación alcohólica hay que citar la elaboración del pan y de bebidas alcohólicas. Para la fabricación de pan se utilizan las levaduras de la especie Saccharomyces cerevisae. La levadura degrada los azúcares de la masa originando alcohol etílico y dióxido de carbono. El alcohol desaparece durante el horneado y el dióxido de carbono queda atrapado en la masa formando las burbujas que dan al pan su aspecto esponjoso. La elaboración de la cerveza, vino y otras bebidas alcohólicas se basa en la utilización de granos de cereales o de otras partes de vegetales (por ejemplo la piel de la uva), y en el empleo de levaduras como Saccharomyces cerevisae (cervezas), Saccharomyces cidrii (sidra), Saccharomyces griseus (vino). Otro proceso conocido es la fermentación acética, que produce vinagre al transformar el etanol en ácido acético mediante un proceso de oxidación del que son responsables bacterias como Acetobacter y Gluconobacter. Estas son aerobias estrictas, al contrario que las levaduras de la fermentación alcohólica que son anaerobias facultativas, de modo que se trata de un proceso respiratorio. El vinagre se puede obtener de productos que contienen alcohol como el vino, la cerveza, el arroz fermentado y la sidra. Ver videos y presentaciones en http://abiogeomjmorales.blogspot.com Temas 26 y 27 Microorganismos. Importancia sanitaria y ecológica. Biotecnología

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3.3.

PRODUCCIÓN DE FÁRMACOS

Los productos de interés para la industria farmacéutica pueden agruparse en varias categorías: - Agentes antiinfecciosos (antibióticos de amplio y medio espectro, vacunas, antifúngicos). - Enzimas. - Vitaminas. - Esteroides. - Hormonas: Hormona del crecimiento, insulina, interferones (agentes antitumorales), el factor VIII antihemofílico o la vacuna contra la hepatitis B. ANTIBIÓTICOS La penicilina fue el primer antibiótico descubierto a partir de un hongo, el Penicillium, cuando Fleming estudiaba las infecciones producidas por Staphylococcus aureus. Fue hacia los años 40 cuando pudo producirse en grandes cantidades, durante la Segunda Guerra Mundial. Para producirla se realiza un cultivo de Penicillium chrysogenum en fermentadores, controlando factores como el suministro de nutrientes y oxígeno, y la temperatura. Tras 40 horas, el hongo ya no crece más y comienza a producir la penicilina durante un máximo de 160 horas, periodo tras el cual se purifica el antibiótico, separando el hongo del caldo de cultivo mediante filtración o centrifugación. Tras esto, la penicilina se aísla por precipitación y cristalización. A este compuesto se le denominó penicilina G, la original del hongo, pero ya no se utiliza porque es relativamente tóxica para los humanos y es sustituida por penicilinas sintéticas derivados de ella. Otros antibióticos de fabricación industrial con las cefalosporinas, similares a las anteriores y conocidas como β-lactámicos, producidas por hongos del género Cephalosporium. También otros producidos por actinomicetos, un grupo de bacterias gram positivas aerobias del suelo, como la estreptomicina, el cloranfenicol, la eritromicina o la tetraciclina, todas ellas derivadas de la actividad de distintas especies del género Streptomyces. Para obtener buenos rendimientos industriales se tienen en cuenta dos factores, como son la selección del estirpes del microorganismo, en muchas ocasiones obtenidas por ingeniería genética, y el diseño de técnicas de cultivo, con un estricto control de factores como el medio de cultivo, el pH, la temperatura, la oxigenación, etc. VACUNAS A partir de los trabajos de Jenner y Pasteur las vacunas han sido una de las formas más eficaces para prevenir las infecciones. Pasteur desarrolló una vacuna contra la rabia usando virus atenuados al cultivarlos repetidamente sobre células nerviosas. Este método de pases sucesivos tiene como consecuencia una pérdida notable de virulencia. No obstante, el empleo de agentes patógenos vivos para despertar la inmunidad resultaba peligroso, de modo que hacia los años 20 del siglo pasado se desarrolló un procedimiento eficaz para inactivar los patógenos o sus toxinas y la producción de vacunas pasó a hacerse a escala industrial. La atenuación se hace con formaldehído y pases por cultivos artificiales, obteniendo toxoides. Así se ha conseguido vacuna para la difteria, la tuberculosis, la viruela, el sarampión, la poliomielitis, la tos ferina, el tétanos y la meningitis. Actualmente se obtienen vacunas recombinantes, por ingeniería genética, como en el caso de la hepatitis B, o con partes del agente patógeno, como en el caso de la meningitis meningocócica.

ENZIMAS

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Algunas enzimas producidas y excretadas por microbios son de gran interés industrial, ya sea en la industria alimentaria, farmacéutica, química o textil. Son fabricadas por hongos y bacterias, normalmente por procesos aerobios, y con medios de cultivo baratos, a veces residuales de otras industrias. Entre las más interesantes cabe citar:

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Proteasas bacterianas, en detergentes bioactivos, junto con amilasas y lipasas.

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Renina, para fabricar quesos, en sustitución de la renina de rumiantes y más barata.

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Amilasas y glucoamilasas, para obtener glucosa que después se isomeriza a fructosa, utilizada como edulcorante.

•

Dihidrolato reductasa, importante para el tratamiento del cáncer, obtenida a partir de Lactobacillus casei.

•

Extremoenzimas, producidas por bacterias extremófilas y con una actividad catalítica a altas temperaturas y pH extremos que las hacen muy útiles en ciertos procesos industriales.

VITAMINAS La mayoría de las vitaminas que se añaden a los alimentos son producidas en laboratorios por fermentación microbiana. Pseudomonas y Propionibacterium producen vitamina B12, y el hongo Ashya la B2 o riboflavina. 3.4.

ELABORACIÓN DE PRODUCTOS QUÍMICOS INDUSTRIALES

Los microorganismos fabrican multitud de productos de interés industrial que se emplean como disolventes, lubricantes, adhesivos, acidulantes, plásticos, explosivos, colorantes, pesticidas, cosméticos, aromatizantes y combustibles. Desde un punto de vista económico las más importantes son: compuestos orgánicos alifáticos y aminoácidos. Los compuestos orgánicos alifáticos más relevantes son el etanol que se emplea como disolvente y como combustible de automóviles, y el glicerol que se usa como lubricante o para la síntesis de explosivos. En cuanto a los aminoácidos es de resaltar que 8 de los 20 aminoácidos que forman parte de nuestras proteínas no pueden ser sintetizarlos en nuestro cuerpo y deben tomarse en la dieta como aditivos. Otro aminoácido de interés es el ácido glutámico, que forma glutamato monosódico (MSG), muy empleado como potenciador de sabor en muchos alimentos. 4.

BIOTECNOLOGÍA EN AGRICULTURA Y GANADERÍA

Los campos más interesantes en agricultura son: PRODUCCIÓN DE BIOFERTILIZANTES Como alternativa al uso de nitratos se usan bacterias fijadoras de nitrógeno que viven asociadas a las raíces de las plantas, como Rhizobium. Estas se comercializan para añadirlas a los suelos y enriquecerlos gracias a su capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico. Es lo que sustituye a la tradicional técnica de rotación de cultivos. También se pueden emplear bacterias nitrificantes que transformen el ión amonio en nitratos. PRODUCCIÓN DE INSECTICIDAD BIOLÓGICOS Los insecticidas tradicionales tienen el problema de su toxicidad y bioacumulación. La bacteria Bacillus thuringiensis produce una proteína no tóxica para humanos que actúa como insecticida natural contra larvas de insectos cuya pared intestinal resulta destruída por ingestión de células o esporas bacterianas. Las esporas se comercializaron en los años 70 como bioinsecticida Bt, pulverizado sobre las hojas de las plantas. PRODUCCIÓN DE PROTEÍNA MICROBIANA PARA PIENSOS Durante la Primera Guerra Mundial, debido a la escasez de alimentos se empezó a utilizar levadura de cerveza como proteína unicelular para alimentación humana, agregándola a sopas y salchichas. Esta proteína Temas 26 y 27 Microorganismos. Importancia sanitaria y ecológica. Biotecnología

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tiene gran valor nutritivo, utilizándose en la actualidad como complemento proteico para piensos y también para humanos. También se utilizan algas (Spirulina) y hongos (Fusarium). PRODUCCIÓN COMERCIAL DE SETAS Se cultivan actualmente hongos comestibles en naves industriales, por ejemplo los champiñones o el shiitake. Se necesita una mezcla de tierra con materia orgánica, un inóculo de hongo y un medio adecuado.

BIBLIOGRAFÍA o SANZ ESTEBAN, M. & colab. Biología 2º bachillerato. Proyecto Tesela. Oxford Educación. 2010. o

ALCAMÍ, J. & colab. Biología 2. Editorial SM. 2009. o SÁNCHEZ GUILLÉN, J. L. Proyecto Educastur.

http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B5_MICRO_INM/T51_MIC ROBIOLOGIA/INDICE.htm Con ejercicios para repasar http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B5_MICRO_INM/T51_MIC ROBIOLOGIA/EJERCICiOS.htm o LEVA LÓPEZ, R. Proyecto Biosfera http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/micro/contenidos10.htm Ejercicios a partir de la actividad 13. http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/micro/actividades.htm o

Vídeos y presentación sobre Microbiología industrial. http://abiogeomjmorales.blogspot.com

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