MICROBIOLOGÍA
La microbiología es la ciencia que se encarga del estudio de los microorganismos. Este grupo incluye a todos aquellos seres vivos que por su reducido tamaño solo son visibles con el microscopio. Es un concepto muy heterogéneo, tanto por el tamaño, como por la organización de sus células, como por sus características funcionales y evolutivas, o por el medio en el que viven. Por ello, dentro de este concepto se agrupan organismos pertenecientes a grupos taxonómicos muy diversos.
REINO MONERAS
Dentro de la estructura bacteriana se deben tener en cuenta los siguientes componentes:
Cápsula bacteriana: Formada por diversos polisacáridos.
Pared bacteriana: formada por peptidoglucanos (mureína). Según su composición se diferencian las bacterias Gram + y Gram
Permeable a sales y moléculas orgánicas de bajo Pm. La enzima lisozima la destruye.
Las Gram+ se tiñen de color azul y las Gram – de color rojo en el proceso conocido como tinción de Gram.
Membrana plasmática. Estructura y composición igual que en las células eucariotas. Presenta unas invaginaciones relacionadas con la división celular y la respiración celular denominadas mesosomas.
Citoplasma celular. No presenta la gran diversidad de orgánulos de la célula eucariota, únicamente presenta ribosomas de tipo 70 S responsables de la síntesis de proteínas.
Nucleoide. Es el cromosoma bacteriano. Su composición es ADN bicatenario circular, no asociado a histonas.
Plásmidos o episomas. Son fragmentos de ADN circular que se replican independientemente del cromosoma bacteriano. Aportan información extra a la célula bacteriana que los contiene.
Flagelo. Prolongación de longitud variable que sirve para el movimiento de la bacteria. Su número y disposición es variable.
Fimbrias o Pili. Son filamentos abundantes, huecos y delgados que recubren la superficie de la bacteria.
Inclusiones. Gránulos de sustancias de reserva que la propia bacteria sintetiza. Se encuentran dispersas en el citoplasma y carecen de membrana plasmática que las envuelva. Suelen servir de reserva energética, como los gránulos de almidón y los depósitos de lípidos
FUNCIÓN DE RELACIÓN
Las bacterias son sensibles a las condiciones ambientales, composición química y condiciones físicas del medio. Pueden responder:
Moviéndose, con movimientos de aproximación o separación utilizando sus flagelos, por contracción y dilatación o por reptación.
Originando formas de resistencia que pueden ser quistes o endosporas. Las bacterias que habitualmente viven en el suelo, en ocasiones, entren en periodos de metabolismo reducido y protegen su ADN formando alrededor de él una compleja cubierta, dando lugar a una endospora. Cuando el resto de la célula bacteriana se destruye, las endosporas quedan libres en el suelo y se forman exosporas.
FUNCIÓN DE NUTRICIÓN
Las bacterias presentan todos los tipos de metabolismo conocido y algunas son capaces de cambiar de metabolismo en función del tipo de nutrientes que encuentran en el medio. Los principales grupos son:
- Bacterias fotoautótrofas. En este grupo se incluyen las cianobacterias que presentan clorofila a, fotosistemas I y II, el dador de electrones es el agua y desprenden oxígeno.
- Bacterias foto heterótrofas. Son las purpureas carentes de azufre, que por usar materia orgánica son heterótrofas.
- Bacterias quimiautótrofas. Obtienen la energía oxidando sustratos inorgánicos que actúan como dadores de electrones. Destacan las bacterias del azufre, del hierro y del nitrógeno.
- Bacterias quimioheterótrofas. Se nutren de los sustratos orgánicos sobre los que viven. En función del modo en el que obtienen la materia orgánica se clasifican en patógenas, cuando causan un daño o enfermedad al organismo del que se alimentan.
FUNCIÓN DE REPRODUCCIÓN
Las bacterias normalmente se reproducen asexualmente por bipartición o fisión binaria. Tras la duplicación del ADN regida por la ADN polimerasa, cada uno de los cromosomas se fija en un mesosoma bacteriano; cuando la célula se alarga, las copias se reparten entre las dos células hijas.
- Transformación. Consiste en la captura de ADN de otra bacteria que estaba libre en el medio y su incorporación al cromosoma bacteriano. No interviene ningún agente transportador.
- Transducción. En este caso la transferencia del material genético es llevada a cabo por un vector (normalmente un virus) o bacteriófago.
- Conjugación. Cuando la transferencia de ADN se realiza a través de fimbrias o Pili de la bacteria dadora a la receptora. La bacteria donadora tiene un tipo de plásmido llamado plásmido F o factor F, puede ser F+ si tiene el factor F o plásmido libre en el citoplasma o Hfr (alta frecuencia de recombinación) si tiene el factor F integrado en el cromosoma bacteriano.
CLASIFICACIÓN DE LAS BACTERIAS.
La clasificación actual de las bacterias permite diferenciar las arqueobacterias del resto de las bacterias o eubacterias.
Las arqueobacterias o archaeas representan el dominio más viejo y de más lenta evolución. Tienen en común la adaptación a condiciones ambientales extremas semejantes a las condiciones geoquímicas existentes en la Tierra cuando apareció́ la vida. Son extremófilas y anaerobias.
Las eubacterias constituyen el resto de la bacterias, son las más comunes y muy diversas. Por su función se destacan las siguientes:
Bacterias patógenas..
Bacterias fotosintéticas.
Bacterias fermentadoras.
Bacterias descomponedoras.
Bacterias simbióticas o fijadoras de nitrógeno.
Bacterias que sintetizan antibióticos..
Bacterias que biodegradan.
REINO PROTOCTISTAS O PROTISTAS
PROTOZOOS
Características :
- Son microorganismos eucariotas unicelulares que carecen de pared celular. Son células grandes, entre 3 y 800 micras.
- Son generalmente móviles y heterótrofos. Se alimentan principalmente de macromoléculas o de otros microorganismos.
- Viven en medio húmedos o acuáticos, algunos son parásitos.
- Para su desplazamiento pueden utilizar cilios, flagelos o pseudópodos, que pueden ser de gran complejidad.
- Generalmente se reproducen asexualmente, por división binaria o división múltiple(esporozoos). Muchos poseen ciclos sexuales con meiosis y fusión de gametos, originando zigotos diploides.
- Para su clasificación se utilizan características como su forma de locomoción, su estructura o su ciclo vital.
- Algunos pueden formar esporas o quistes de resistencia.
REINO HONGOS
Características :
- Son organismos eucariotas heterótrofos y con digestión externa.
- Eucariotas unicelulares o pluricelulares.
- La reproducción suele ser por gemación en los unicelulares.
- Pueden vivir en cualquier lugar donde existan otras formas de vida. La mayoría ocupan hábitats terrestres, existiendo algunos hongos acuáticos.
- Pueden ser saprófitos (responsables de la descomposición de la materia orgánica), parásitos (ocasionando daños o enfermedades como el pie de atleta, tiña, candidiasis... y otros daños en vegetales), simbióticos con insectos, con algas (formando líquenes), y con plantas (micorrizas).
LOS VIRUS
Los virus pertenecen al nivel de organización acelular y marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte. Son partículas microscópicas, de estructura muy sencilla y de tamaño no superior a los 2500 A
Son parásitos intracelulares obligados que alteran en su propio beneficio los mecanismos biosintéticos de las células hospedadoras con el fin de lograr su reproducción. Son fragmentos de ácido nucleico cubiertos por una envoltura proteica que les permite desplazarse de una célula a otra, comportándose como elementos genéticos móviles. Se les puede considerar de dos maneras: como agentes transmisores de enfermedades y como agentes transmisores de herencia.
No tienen estructura celular ya que carecen de citoplasma y de las enzimas necesarias para realizar un metabolismo. Pueden presentar dos fases:
A) Extracelular: Fuera de las células y son totalmente inertes. En esta fase se les denomina viriones o partículas víricas.
B) Intracelular: Se adhieren a la superficie del hospedador e introducen el genoma vírico ( ADN o ARN). Así, se reproducen utilizando la maquinaria metabólica de la célula hospedadora)
MORFOLOGÍA Y COMPOSICIÓN DE LOS VIRUS.
Los virus pueden alternar entre dos estados distintos: intracelular y extracelular.
o En el estado extracelular la partícula viral o virión es inerte metabólicamente, siendo su única función transportar el ácido nucleico desde la célula hospedadora en la que se ha reproducido hasta otra célula en la que se pueda reproducir.
La morfología de los virus en este estado consta de ácido nucleico, cubierta proteica (cápsida) y enzimas.
- Ácido nucleico: Los virus difieren en el tamaño, cantidad y características de su ácido nucleico. Pueden tener ADN o ARN .
- Enzimas virales: Aunque los virus no tienen metabolismo fuera de la célula que parasitan, pueden contener enzimas que actúan en el proceso infeccioso, ya sea de entrada o salida de la célula en la que se reproducen o en la replicación o transcripción de su genoma,
- Cubierta proteica o cápsida: Los virus presentan esta cubierta formada de proteínas que aloja en su interior al ácido nucleico.
El conjunto del genoma vírico y cápsida se denomina nucleocápsida.
Gracias a su morfología los virus se pueden clasificar de la siguiente manera:
- Virus de simetría helicoidal. Los capsómeros se disponen helicoidalmente, sobre la hélice de ácido nucleico, adquiriendo globalmente la forma de bastoncillo. Ejemplos: virus del mosaico del tabaco y virus de la rabia.
- Virus de simetría icosaédrica. Adoptan la forma de un poliedro de 20 caras triangulares. En conjunto tienen aspecto esférico. Ejemplos: virus de la polio.
- Virus complejos. Compuestos de varias partes diferentes, de forma y simetría distinta. Constan de una cabeza icosaédrica donde se aloja el ácido nucleico, una cola helicoidal que se puede contraer para inyectar el contenido de la cabeza, estando separados por un cuello o collar formado por capsómeros distintos.
- Virus envueltos. Tienen, además del ácido nucleico, la cápsida y las enzimas, una envuelta membranosa lipoproteica, que procede de la célula hospedadora en que se llevó a cabo el proceso de reproducción viral.
CICLO LÍTICO
o En el estado intracelular el ácido nucleico se integra en la célula hospedadora. El virus se reproduce, replicando su genoma y sintetizando los componentes de la cubierta del virus. Su aspecto está en función de la fase del ciclo reproductor en la que se encuentre.
CICLOS VITALES DE LOS VIRUS.
Los virus necesitan encontrar una célula hospedadora y reproducirse en su interior. Para ello es necesario que inserten su ácido nucleico en la célula. Una vez dentro, el genoma vírico es capaz de inhibir la expresión génica de la célula y dirigir la maquinaria metabólica para la producción de copias de ácido nucleico viral (replicación) y de las proteínas de la cápsida y enzimas (transcripción y traducción), con el fin de poder salir de la célula e infectar otras.
Dentro de los ciclos de reproducción víricos podemos distinguir el ciclo lítico que consta de cinco fases: fijación, penetración, eclipse, ensamblaje y liberación, pudiendo retrasarse las tres últimas en los ciclos lisogénicos que se explicarán más adelante.
Fase de fijación.
Las células hospedadoras tienen en sus membranas receptores específicos para los virus que las infectan, uniéndose componentes de la cápsida o membranas externas del virus con glucoproteínas o lipoproteínas concretas de la membrana de la célula. En el caso de los virus bacteriófagos la unión es mecánica facilitada por las fibras y la placa basal del virus.
Fase de penetración.
En función de las estructuras superficiales de la célula hospedadora, los virus utilizan diferentes mecanismos de penetración.
- Los bacteriófagos originan un pequeño orificio en la pared bacteriana con una lisozima de su placa basal, y se inyecta el ADN al contraerse la cola del virus. La cápsida queda en el exterior de la bacteria.
- Los virus desnudos introducen toda la nucleocápsida en la célula, ya sea por penetración directa al perforar la membrana con enzimas o por endocitosis.
- Los virus envueltos funden su cubierta lipoproteica con la membrana de la célula.
Fase de eclipse.
En ella no se detectan virus en el interior de la célula. El genoma vírico dirige el metabolismo de la célula hacia la síntesis de los componentes víricos, utilizando todos los recursos de la célula hospedadora (nucleótidos, aminoácidos, energía, ribosomas, etc.) y deteniendo la actividad celular con factores de inhibición.
Fase de maduración y ensamblaje.
Se ensamblan los capsómeros formando la cápsida, a la vez que el ácido nucleico se pliega en su interior junto con las enzimas que pueda llevar en virus.
Fase de lisis o liberación.
Los virus salen de la célula básicamente por dos mecanismos:
- Por gemación. Induciendo la formación de pequeñas vesículas en la célula que posteriormente acabarán desprendiéndose. Este procedimiento lo utilizan los virus envueltos, en los que la envoltura membranosa es parte de la membrana de la célula en la que se introdujeron.
- Por exocitosis o provocando pequeños agujeros en la membrana de la célula por medio de enzimas líticos ( ej: endolisina). Es típico de los virus desnudos. Esta liberación pude causar la muerte de la célula (este es el ciclo lítico propiamente dicho).
CICLO LISOGÉNICO
Tras la penetración del cromosoma viral no siempre es inmediata la multiplicación del virus. Muchos virus entran en estado de latencia y posponen su reproducción. El cromosoma viral puede integrarse en el cromosoma de la célula, haciéndola inmune a la infección por el mismo tipo de virus.
La célula puede multiplicarse con el ácido nucleico del virus en su interior y dar lugar a muchas generaciones de células con el genoma viral. Ejemplos de virus lisogénicos son muchos bacteriófagos, los retrovirus, el virus de la verruga o del herpes.
A este estado del virus se le conoce como profago, provirus (en animales) virus atenuado o virus atemperado, y a la célula hospedadora se la llama célula lisogénica. Puede quedar así mucho tiempo o volver al ciclo lítico y continuar con las fases de eclipse, ensamblaje y liberación.
los microorganismos patógenos son organismos que no pueden ser observados si no es con la ayuda de un microscopio, y que causan enfermedades en los seres humanos.
Estas enfermedades pueden ser infecciosas y pueden causar una epidemia en una determinada ciudad, una pandemia a nivel mundial o una enfermedad endémica.
Estas enfermedades infecciosas se pueden transmitir por contacto directo, por ejemplo la rabia (causada por un retrovirus ataca al sistema nervioso), por el aire como la gripe (causado por Ortomixovirus e infecta a las vías respiratorias), por vía sexual como el sida (causado por el retrovirus VIH, ataca a los linfocitos T y provoca la disminución de las defensas) , por agua o alimentos como la salmonelosis (provoca diarrea y vómitos) y por animales como la malaria (causada por un parásito que se transmite a los humanos a través de la picadura de mosquitos anofeles infectados).
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Dentro de la biotecnología microbiana, se incluyen procesos industriales en los que se utilizan microorganismos para obtener productos de utilidad. Así, se engloban:
La producción de antibióticos, que son sintetizados por hongos del género Penicillum y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces.
La producción de vitaminas, aminoácidos y enzimas a gran escala. Vitaminas como la B12 son sintetizadas por bacterias; los aminoácidos como el ácido glutámico son utilizados como potenciadores de sabor; y las proteasas y amilasas se utilizan en la industria del pan y la textil.
Las fermentaciones, que degradan moléculas orgánicas complejas a moléculas orgánicas más sencillas. Hay diferentes tipos de fermentaciones: la alcohólica de la cual se obtiene el vino, la acética de la que se obtiene el vinagre y la láctica de la que se obtiene el queso.
Control de plagas mediante microorganismos entomopatógenos como virus, bacterias y hongos.
En la industria alimentaria se estudian los microorganismos para tener controlados los alimentos y garantizar el consumo sin peligro.
En ingeniería genética se utiliza para transferir genes.
Depuración de aguas residuales mediante bacterias y protozoos.
