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T.16-17
MICROBIOLOGÍA
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1.- MICROORGANISMOS: CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN
CONCEPTO: Ser vivo que sólo puede visualizarse con microscopio.
- Organización: Formas CELULARES aisladas (o agrupaciones celulares), libres e independientes
Formas ACELULARES (virus, viroides y priones)
- Grupos: células procariotas (bacterias), eucariotas (algas, hongos y protozoos) y acelulares (virus)
1mm = 103 μm = 106 nm = 107 Å
1.1.- Características de los microorganismos:
Al ↓tamaño →↑relación superficie/volumen
(Gran superficie de contacto con su entorno → facilita intercambio de sustancias)
- ↑tasa metabólica: reacciones a gran velocidad
- ↑tasa nutritiva: Alteran rápidamente el medio (sustancias de desecho)
- ↑tasa de reproducción: Se multiplican rápidamente
2. CLASIFICACIÓN (Dominios)Las archeobacterias y las bacterias fueron las primeras en divergir
Los eucariotas surgieron posteriormente
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3. VIRUS
Formas acelulares microscópicas.
• COMPOSICIÓN. Ácido nucleico + proteínas (cápsula)
• FASES:
- Extracelular (Virión): Inertes
- Intracelular: Se desprende de la cápsida y se integra en el ácido nucleico de la célula huésped
Son parásitos intracelulares estrictos Se reproducen utilizando el material de la célula hospedadora
3.1. ESTRUCTURA VIRAL
• Ácido nucleico ARN o ADN; mono o bicatenario; circular o lineal; uno o varios fragmentos.
• Cápsida. Compuesta por capsómeros. (uno o varios tipos de proteínas).
- Tipos: Helicoidales, poliédricas o complejas (con estructuras adicionales: colas, espículas, …)
• Envoltura. Membranosa: bicapa lipídica (célula infectada) o proteínas codificadas (espículas → carácter antigénico)
• Enzimas en los viriones. Ej.- Neuraminidasas → degrada membrana hospedador
Lisozima → degrada pared bacteriana
Polimerasas y retrotranscriptasas
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3.2. CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS
• Según la cápsida.
- V. helicoidales:
- V. poliédricos:
- V. complejos:
• Según la envoltura.
- V. envueltos:
- V. desnudos:
- Según la célula hospedadora.
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3.3. CICLO VITAL DE UN VIRUS
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Mecanismo de liberación. Curva de crecimiento
• Viroides desnudos → Lisis
• Viroides envueltos → exocitosis o gemación
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3.4. MODALIDADES DE CICLO VÍRICO: LISIS Y LISOGENIA
• Ciclo lítico: Virus virulentos → Provocan la destrucción (lisis) de la célula hospedadora
• Ciclo lisogénico: Virus atenuados (No destruyen la célula → forma latente, inactiva: Profago)
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3.5. VIRUS PATÓGENOS Y APLICACIONES• VIRUS PATÓGENOS:
- Virus de la gripe.
- Herpervirus.
- Ébola.
- Sida.
- Hepatitis y papiloma → Cáncer
• APLICACIONES DE LOS VIRUS:
- Estudios de biología molecular (manipular funciones celulares)
- Biotecnología (Vectores: introducir genes)
- Viroterapia. (Vectores: tratar enfermedades. Se dirigen específicamente hasta células diana)
- Insecticidas biológicos.
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4.- OTRAS FORMAS ACELULARES: VIROIDES Y PRIONES
• VIROIDES: ARN monocatenario, circular y desnudo (carecen de cubierta proteica)
- Carecen de actividad ARN mensajero
- No contiene genes que codifiquen proteínas (para replicarse dependen del hospedador)
- Localización: Núcleo de células infectadas (se replican de forma autónoma mediante ARN polimerasas)
- Son patógenos vegetales exclusivos. Provocan enfermedades en la patata (tubérculo filiforme)
• PRIONES: Supramoléculas de glucoproteínas patológicas.
- Enfermedades: Encefalopatías espongiformes (En humanos: Kuru y enfermedad de Creutzfeldt-Jacob) o enfermedad de las vacas locas.
- Causa: Conversión de una glucoproteína normal del huésped (PrPc) en una forma infecciosa PrPsc
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5.- DOMINIO EUKARYA• 5.1. ProtozoosMicroorganismos eucariotas unicelulares heterótrofos sin pared celular.• Hábitat: vida libre en medios acuáticos o húmedos (algunos son parásitos, enfermedades en el hombre)• Nutrición: Materia orgánica en disolución por pinocitosis o en estado sólido por fagocitosis. • Locomoción: Predominan las formas móviles, mediante cilios, flagelos o pseudópodos.• Reproducción: Asexual (división binaria) y sexual (por conjugación). Pueden originar estructuras muy resistentes (quistes)→ Sobreviven en condiciones adversas.
GrupoLocomoción Hábitat Ejemplos
Flagelados Flagelos Aguas dulces Tripanosoma, enfermedad del sueño
Sarcodinos Seudópodos Aguas dulces y marinas Amebas y Foraminíferos
Ciliados Cilios Aguas dulces y marinas Paramecios. Tienen dos núcleos
Esporozoos Por contracciones ParásitosPlasmodium causa la malaria
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5.2. ALGAS UNICELULARESSon protoctistas, unicelulares o multicelulares, carecen de tejidos y autótrofos fotosintéticos.
- Hábitat: Medios acuáticos → fitoplancton. Realizan la mayor parte de la fotosíntesis del planeta
- Composición:
Todas tienen clorofila a (color verde puede estar enmascarado por otros pigmentos, carotenos)
Pared celular de celulosa (las más sencillas carecen de pared celular)
- Reproducción: asexual como sexualmente, presentando todo tipo de ciclos biológicos.
• GRUPOS:
- Algas verdes.
- Algas rojas.
- Diatomeas.
- Dinoflagelados.
- Euglenoides.
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5.3. HONGOSOrganismos eucariotas, con pared celular rígida formada por quitina (sin
celulosa), heterótrofos y con digestión externa que realizan mediante enzimas secretadas al medio
- Hábitat: Terrestres (aunque hay acuáticos)- Reproducción: por esporas asexuales, formadas en el extremo de hifas
especiales o conidios, o sexuales, con dos tipos, internas (ascosporas) y externas (basidiosporas).
GRUPOS:- Mohos: Hongos de pequeño tamaño, filamentosos y ramificados
(multicelulares). Constituidos por hifas (filamentos celulares) que forman el micelo (cuerpo vegetativo)Ej.- Penicillium crece sobre pan, fruta, queso, …
- Levaduras. Hongos unicelulares con reproducción asexual (gemación).Hábitat: Medios ricos en azúcares (flores y frutos) Importancia económica → género Saccharomyces →fermentaciones vino, cerveza y panEl género Cándida es una levadura patógena.
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6. DOMINIO BACTERIA: Eubacteria
• Microorganismos unicelulares procariotas adaptados a cualquier ambiente
Algunas forman colonias agrupadas en biofilms (cubierta polisacárida protectora → placa dental)
- Nutrición: Autótrofa (fotosintética o quimiosintética) o heterótrofa (saprófita, simbiótica o parásita)
- Morfología: Cocos, bacilos, espirilos, espiroquetas, vibrios, filamentosas o con apéndices.
- Ultraestructura: pared bacteriana, membrana celular, citoplasma, cápsula, fimbrias, pili y flagelos.
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Pared bacteriana
• Función: Da forma y rigidez a la célula. Protección a rotura osmótica.
• Composición: Peptidoglucanos (mureína)
• La pared bacteriana se reconoce mediante la tinción Gram permite distinguir dos tipos de paredes bacterianas:
- Bacterias Gram +: son bacterias con paredes anchas, formadas por gran cantidad de capas de peptidoglucanos (90%) unidos entre sí.
- Bacterias Gram -: son bacterias con paredes estrechas, con una capa de peptidoglucanos, (10%) rodeada de una bicapa lipídica muy permeable. Este tipo de bacterias son más resistentes a los antibióticos.
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Membrana celularEnvoltura que rodea al citoplasma.• Composición: Bicapa de fosfolípidos con gran cantidad de proteínas (80%). No contiene colesterol.• Estructura: Las bacterias G- →doble membrana:- Interna: con sistemas enzimáticos (permeabilidad selectiva, transporte de electrones, síntesis de ADN)- Externa: Lipopolisacáridos responsables de resistencia a agentes bactericidas.
Las G+ → sólo membrana interna. Vulnerables a sustancias químicas.
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Citoplasma o matriz citoplasmática
• Ribosomas 70s (subunidad pequeña de 30S y subunidad grande de 50S)• Inclusiones cristalinas, sustancias de reserva, gotas lipídicas, enzimas y otras proteínas.• Nucleoide Región densa no separada del resto del citoplasma por ninguna membrana. Contiene:Cromosoma bacterianoADN bicatenario y circular (asociado a proteínas no histónicas)PlásmidoADN extracromosómico circular presentes en algunas bacterias.(Replicación independiente)- Funciones: No contienen información esencial → Confieren ventajas al hospedador (ventaja selectiva)
Ej.- Resistencia a antibióticos u otras sustancias tóxicas para la célula.
- Nº de copias: Desde 1 (plásmidos monocopia o grandes) hasta + 40 (plásmidos multicopia o pequeños)- Tipos de plásmidos:
Episomas: Se replican integrados reversiblemente en el cromosoma bacteriano.Conjugativos: Forman los pili sexuales (Transfiere copias a otras bacterias)
- Factor R (resistencia) a antibióticos Genes que destruyen antibióticos- Factor F (fertilidad) Genes de unión celular y transferencia de información entre bacterias.
No conjugativos: No pueden ser transferidos por conjugación.
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Componentes externos a la pared
• A) CÁPSULA
- Composición: polisacáridos, polialcoholes y aminoazúcares
- Funciones: a) Resistencia a la desecación, b) Resistencia al ataque de células fagocíticas y anticuerpos del sistema inmune; c) Fijación a células hospedadoras.
• B) FIMBRIAS, PILI SEXUALES, FLAGELOS
- Fimbrias: filamentos huecos, delgados, rectos y cortos, compuestos por fimbrina
Función: adherencia a sustratos.
- Pili sexuales: semejantes a fimbrias pero más largos y anchos. Uno o dos por célula
Función: intercambio de fragmentos de ADN en la conjugación.
- Flagelos: apéndices largos y finos formados por flagelina. Unidos a la base por el corpúsculo basal
Función: Desplazamiento.
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6.3.- CIANOBACTERIAS
• Únicos procariotas capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica
ESTRUCTURA: Membrana externa y pared de peptidoglucanos (= que G-)
- Internamente: sistema laminal de membranas con PSI, PSII, clorofila a y ficobilinas
- Algunas fijan N2 atmosférico mediante células diferenciadas o heterocistes
BIOLOGÍA:
- Nutrición: Autótrofa
- No presentan movimiento (pueden flotar mediante vesículas de gas)
- Reproducción: fisión binaria, gemación, fragmentación y fisión múltiple.
ECOLOGÍA:
- Viven aisladas o formando colonias en todos los ambientes (suelo y agua)
- Las colonias depositan carbonato cálcico. Su acúmulo forma estromatolitos.
- Algunas en simbiosis con plantas (Importancia en agricultura → fija N2 para la planta)
- Algunas producen toxinas.
- Posiblemente fueron los primeros organismos fotosintéticos (transformaron atmósfera en oxidante)
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7.- DOMINIO ARCHAEA: ArqueobacteriasMicroorganismos procariotas menos evolucionados.
• CARACTERÍSTICAS:
- Carecen de núcleo.
- No presentan fosfolípidos en la mb (algunos monocapa lipídica).
- No presentan peptidoglucanos en la pared (pseudomureína)
- Adaptados a hábitats extremos (extremófilos): Presentan extremoenzimas.
Termófilos: elevadas Tº
Psicrófilos: bajas Tº
Acidófilos: medio ácido.
Alcalófilos: suelos básicos
Halófilos: ambientes salinos.
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1.- FISIOLOGÍA DE LAS BACTERIAS
• 1.1. RELACIÓN: responden a distintos estímulos (Fototactismo, quimiotactismo, magnetotactismo, …)
generalmente mediante desplazamientos (taxis): flagelos, deslizamiento, …
• Las bacterias G+ forman esporas (endosporas) → Protegen el ADN. Germinan en condiciones favorables.
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1.2. REPRODUCCIÓN BACTERIANA
• Se reproducen ASEXUALMENTE por bipartición o división binaria.
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Genética bacteriana: Transferencia horizontal
• Intercambio de información genética (fragmentos de ADN) con otras bacterias
Pueden ser o no de la misma especie.
Mecanismos:
• CONJUGACIÓN
Bacteria donadora (F+) transmite ADN, a través de fimbrias, a otra bacteria receptora (F-).
Tipos de bacterias donadoras:
a) Bacterias F+ : poseen plásmidos (episomas o factores F) no integrados en el cromosoma.
b) Bacterias Hfr : poseen plásmidos integrados en el cromosoma (Episomas)
• TRANSFORMACIÓN
Introducción de fragmentos de ADN libres en el medio procedentes de la lisis de otras bacterias.
Ej.- Cepas bacterianas no virulentas (cepas R) en virulentas (cepas S)
• TRANSDUCCIÓN
Agente transmisor (bacteriófago) que transporta fragmentos de ADN procedentes de la última bacteria parasitada.
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1.3. FUNCIONES DE NUTRICIÓN
• Dependiendo de fuente de Energía y fuente de Carbono:
- Fotoautótrofas: Fuente de E (Luz); Fuente de C (CO2) Ej.- Cianobacterias.- Fotoheterótrofas: Fuente de E (Luz);Fuente de C (mat org) Ej.- Bacterias rojas y verdes- Quimioautotrofas: Fuente de E (reacc quim); Fuente de C (CO2) Ej.- Bacterias del N, S, H- Quimioheterotrofas: Fuente de E (reacc quim); Fuente de C (mat org) Ej.- Mayoría de bacterias
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Bacterias quimiosintéticas: Reacciones
Obtienen E de la oxidación de materia inorgánica (donadores de electrones)
• Bacterias del hidrógeno y del metano:
H2 + ½ O2 → H2O + E
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + E
• Bacterias nitrificantes: Etapas : Amoníaco → Nitritos → Nitratos
- Nitrosomonas: 2 NH4 + 3 O2 → 2 NO2 + 4 H + 2 H2O + E
- Nitrobacter: NO2 + ½ O2 → NO3 + E
• Bacterias del azufre:
H2S + 2 O2 → SO4 + 2 H + E
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2.- CRECIMIENTO MICROBIANO
Incremento del nº de células de una población (exponencial)
• 2.1. REQUISITOS:
- Físicos: Tº, pH, presión osmótica
- Químicos: C, N, S, P, O, oligoelementos, …
• 2.2. CULTIVO DE MICROORGANISMOS
Método para multiplicación de microorganismos.
Esterilizar (calor) previo a inocular.
(Inóculo: Microorganismo introducido en cultivo)
• Tipos de medios de cultivo:
Sintéticos: con compuestos químicos definidos.
Complejos: con sustancias naturales (extracto de carne, infusiones de heno, …)
Líquidos (tubo de ensayo) y semisólidos con agar (placa de Petri)
• 2.3. OBTENCIÓN DE CULTIVOS PUROS: Contiene un solo tipo de microorganismo.
En la naturaleza → los microorganismos no se encuentran aislados sino asociados a otros
En placa Petri → Cada colonia procede de 1 solo tipo de microorganismo o
Proporcionando nutrientes y ambiente adecuado al microorganismo en concreto
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2.4. Fases del crecimiento microbiano (División)
• FASES:
Latencia → Período entre inoculación del microorganismo y el comienzo del crecimiento
Exponencial → Crecimiento hasta el máximo posible (dependiendo de las condiciones de cultivo)
Estacionaria → En cultivos cerrados donde no se suministra más nutrientes que los iniciales ni se eliminan tóxicos producidos →cesa el crecimiento (falta de nutrientes, acumulación tóxicos por metabolismo,…)
De muerte → Las células dejan de metabolizar y mueren (decrece la población)
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3.- ECOLOGÍA MICROBIANARama de la ecología que estudia a los microorganismos en su ambiente natural.
Niveles tróficos:
Productores: Algas, cianobacterias, quimioautótrofos
Consumidores: Protozoos, bact heterótrofas
Descomponedores: Hongos y bact quimioheterótrofas
• 3.1. Los microorganismos en la naturaleza. Hábitats:
Atmósfera → Se encuentran temporalmente (medio de dispersión)
Hidrosfera
- Superficie → Fitoplancton (algas y cianobacterias) y zooplancton
- Profundidad → Arqueobacterias (extremófilas)
- En condiciones anaerobias → bacterias anoxigénicas y quimiosintéticas
Suelo →↓ en profundidad (fertilizan el suelo)
En organismos superiores → Interior (medio idóneo) o en piel
3.2. Ciclos biogeoquímicos• Procesos de transformación de los elementos químicos por la actividad de los seres vivos, y su
intercambio en el ambiente
• Tipos: C, N, S
Ciclo del carbono
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• Ciclo del nitrógeno
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Ciclo del azufre
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3.3. SimbiosisSIMBIOSIS: Asociación física de 2 o más organismos diferentes.
Tipos:
• Líquenes: Asociación de hongos con algas verdes o cianobacterias
• Simbiosis con plantas:
Micorrizas (hongos en raices de plantas)
Leguminosas (bacterias Rhizobium)
• Simbiosis con animales:
Bacterias, hongos y protozoos en estómago rumiantes
Protozoos en xilófagos y herbívoros
Tracto digestivo en humanos
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3.4. PATOGENICIDAD (Pathos = Enfermedad)Patogenicidad →Capacidad de causar enfermedades (Patógenos →Microorganismos capaces de ocasionar enfermedades)
Especificidad huésped-patógeno
- VIRULENCIA: Grado de patogenicidad.
• Mecanismo de la patogenicidad:
- Entrada. Piel, mucosas, vía parental (picaduras, …)
- Adherencia. Unión a célula huésped → fijación de adhesinas bacteria a receptores de célula huéspd
- Supervivencia. Presencia de cápsula, proteínas resistentes a fagocitosis y exoenzimas bacterianos.
- Daño producido. Utilización de nutrientes del huésped (Fe), daño directo (destruye al huésped) o toxinas (Proteínas que actúan como veneno Exotoxinas (G+); Endotoxina (Pared celular de G-)
- Transmisibilidad. Supervivencia del patógeno. Por contacto, vehículos (agua, aire) o vectores (mosquito)
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3.5 Algunas enfermedades causadas por microorganismos
• nmn
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4.- MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL Y BIOTECNOLOGÍA
Cultivo de microorganismos a gran escala para realizar transformaciones químicaso para obtener productos comerciales
Se han utilizado estas técnicas desde la antigüedad. Pan, vino, etc.
4.1. Microorganismos y procesos microbianos.
Requisitos para poder utilizar un microorganismo en la industria:
-Producir sustancias de interés en poco tiempo.
-Fácil manejo de los cultivos.
-Genéticamente estables.
-Rápido crecimiento.
-Aptos para la manipulación genética
Ej.- Bacterias, mohos y levaduras
Técnicas microbiológicas:
métodos de esterilización
asepsia
medios de cultivo: fermentadores
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4.2. Microorganismos en industria farmacéutica
Obtención de antibióticos: Sustancias elaboradas por microorganismos que inhiben o matan el crecimiento de otros organismos
Microorganismo productor → Hongos filamentosos (Penicillum y Aspergillus)
Bacterias actinomicetos (Streptomyces)
Obtención de vacunas: Preparado de organismos patógenos muertos o atenuados que inducen inmunidad frente al patógeno activo
Obtención de esteroides: Por bioconversión Los microorganismos convierten los esteroles (precursores) en esteroides (cortisona, estrógenos, progesterona)
4.3. Microorganismos y la industria alimentaria
• Usos industriales de levaduras
Microorganismo más utilizado → Levadura Saccharomyces cerevisiae (actualmente seleccionada y mejorada) => Fermentación alcohólica
Usos: Producción de alcohol y bebidas alcohólicas (cerveza, vino, licores)
Fabricación del pan
• Producción de vino
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Elaboración del pan
Fabricación de vinagre
Fermentación acética: Acetobacter y Gluconobacter.
Fermentación alcohólica: Saccharomyces cerevisiae
Usos industriales de las bacterias del ácido láctico
• Bacterias localizadas de forma natural en la leche (varían pH → precipitan proteínas)
• Fermentación láctica: Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus lactis
Fabricación de quesoSe puede añadir enzima renina o cuajo (se extrae del cuajar o última cavidad estómago terneras)
El suero se retira
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5.- BIORREMEDIACIÓN• Actualmente ↑ contaminantes y compuestos no biodegradables
• Empleo de microorganismos para eliminar contaminantes
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