BLOQUE IV: ¿CÓMO SON Y CÓMO FUNCIONAN LOS MICROORGANISMOS? MICROBIOLOGÍA. PARTE II.

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1 BLOQUE IV: ¿CÓMO SON Y CÓMO FUNCIONAN LOS MICROORGANISMOS? MICROBIOLOGÍA. PARTE II

2 BLOQUE IV: ¿CÓMO SON Y CÓMO FUNCIONAN LOS MICROORGANISMOS? MICROBIOLOGÍA. I. PRINCIPALES TEMAS DEL CURRICULUM 5. Microorganismos eucarióticos. 5.1. Principales características de algas, hongos y protozoos. 6. Relaciones entre los microorganismos y la especie humana. 6.1. Beneficiosa. 6.2. Perjudiciales: enfermedades producidas por microorganismos en la especie humana, animales y plantas. 7. Importancia de los microorganismos en investigación e industria. 8. Biotecnología: concepto y aplicaciones. 9. Conocer las principales características estructurales y de nutrición de algas, hongos y protozoos. 10. Conocer algunas relaciones que pueden establecerse entre los microorganismos y la especie humana distinguiendo entre inocuas, beneficiosas y perjudiciales e ilustrarlas con algún ejemplo relevante. 11. Reconocer la importancia de los microorganismos en investigación y en numerosos procesos industriales, por ejemplo: pan, derivados lácteos, vino, cerveza, etc. 12. Establecer el concepto de biotecnología. 13. Conocer algunos ejemplos de aplicaciones biotecnológicas, por ejemplo, producción de: insulina, antibióticos, hormona del crecimiento, etc. II. ORIENTACIONES

3 III. OBSERVACIONES 1. Es conveniente resaltar que la definición de microorganismo se hace en razón de su tamaño y que los grupos que se incluyen bajo este término presentan una gran heterogeneidad. 2. Al establecer distintos grupos de microorganismos, deben destacarse las diferencias que permitan su identificación. Para ello, se recomienda la utilización de imágenes que posibiliten la distinción, por ejemplo, entre una bacteria y un alga o un protozoo. Se sugiere que de las formas acelulares se elijan imágenes de adenovirus, VMT, VIH y bacteriófagos; del Reino Monera se elijan imágenes de cocos, bacilos, vibrios y espiroquetas; del Reino Protoctista, imágenes de algas unicelulares flageladas, diatomeas, paramecios, vorticelas y amebas; y del Reino Fungi, imágenes de levaduras (Saccharomyces cerevisiae) y mohos (Penicillium, Rhizopus). No se trata, por tanto, de discutir pormenorizadamente la estructura y fisiología de dichos grupos. 3. Con relación a los virus debe destacarse su carácter acelular. Al exponer la composición y estructura general de los virus, es aconsejable utilizar como ejemplos el bacteriófago T4 y el virus del SIDA. El ciclo de vida de un virus puede ejemplificarse mediante los ciclos del fago lambda y del virus del SIDA. 4. El ciclo del virus del SIDA deberá recoger los siguientes apartados: adsorción, penetración, transcripción inversa, inserción en el ADN, transcripción del ARN vírico, traducción de proteínas víricas, ensamblaje del virus y liberación (gemación). No es necesario el conocimiento exhaustivo de los procesos moleculares implicados en el desarrollo del ciclo. 5. El alumnado debe conocer las relaciones que establecen los microorganismos con el ser humano, así como con las plantas, los animales y el medio ambiente. Este conocimiento debe ilustrarse con ejemplos sin que ello implique necesariamente el conocimiento del nombre científico del microorganismo en cuestión.

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23 Desde el descubrimiento de los microorganismos, la Microbiología, se ha preocupado de analizar las relaciones de los mismos con la humanidad. Así, desde el punto de vista antropocéntrico, una sencilla clasificación en cuanto a utilidad nos permite distinguir entre microbios inocuos, beneficiosos y perjudiciales. Microbios inocuos. Aquellos que no nos causan ni beneficio ni perjuicio. Podemos entender que no siempre es fácil diferenciar unos casos de otros: Los estafilococos que viven como comensales en la cavidad bucal y la faringe son inocuos, pero si fallan las barreras defensivas penetran en nuestro medio interno y producen enfermedades (faringitis, fiebres reumáticas). Las bacterias comensales de la piel (inocuas) producen tras su metabolismo sustancias malolientes (¿hay que considerarlas perjudiciales? Sin duda para los fabricantes de desodorantes resultan muy beneficiosas).

24 RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA Microbios beneficiosos. Existen innumerables microorganismos que ofrecen beneficios a la especie humana. El beneficio puede ser:  Directo como la producción de vitaminas en el intestino por las bacterias de “la flora intestinal”; protección frente a microbios patógenos como los Lactobacilus acidofilus de la vagina.  Indirecto como la fabricación de productos alimenticios como vino, cerveza, vinagre, yogur, encurtidos; antibióticos como la penicilina; combustibles como alcohol; o proteínas humanas como la insulina. Igualmente, pueden considerarse beneficiosos todos aquellos microorganismos que se emplean en procesos ambientales tales como la depuración de las aguas residuales, la degradación de los vertidos de petróleo, la obtención de metales en explotaciones mineras, etc. Otro campo de utilidades y beneficios, se han conseguido de aquellos organismos empleados en ingeniería genética, que van desde bacterias de las que se han obtenido enzimas variadas entre las que destacan las de restricción y las polimerasas y también plásmidos. Hasta los virus han resultado ser magníficos vectores génicos y productores de transcriptasas inversas. Fundamentales herramientas que se emplean en las técnicas de manipulación genética.

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30 RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA Microbios perjudiciales: En cuanto al calificativo de perjudicial, cabe distinguir entre aquellos microorganismos que con su actividad pueden producir perjuicios en los intereses económicos humanos y los que causan enfermedades.  Microorganismos que con su actividad pueden producir perjuicios en los intereses económicos humanos, afectan sobre todo a los alimentos, alterándolos y haciéndolos incomestibles. Se trata de microbios saprofitos, que se alimentan de materia orgánica muerta (serían de “vida libre”) y ante los cuales los humanos hemos desarrollado multitud de estrategias, algunas muy antiguas como la salazón, la conservación mediante especias, la conservación en manteca, el ahumado y, más modernamente, la deshidratación, la refrigeración, la congelación, la esterilización y la adición de sustancias químicas (conservantes).  Microorganismos patógenos, en conjunto, son las responsables del mayor número de muertes ocurridas en el planeta (en los países desarrollados sin embargo y gracias a la higiene, a la alimentación abundante y al acceso a la medicina, la mayor parte de los fallecimientos se deben a las tres “Ces”: el cáncer, la carretera y las lesiones cardiovasculares). Hay infinidad de microorganismos patógenos pertenecientes a casi todos los grupos conocidos.

31 A. Enfermedades producidas en plantas: Algunos de los microorganismos que producen enfermedades infecciosas en plantas cultivadas por el hombre son:  Bacterias: originan en las plantas agallas o tumores, marchiteces, podredumbres, manchas en las hojas, cambios de color en las partes afectadas, enanismos, deformaciones y retrasos en la maduración de los frutos.  Virus: Producen dos tipos de alteraciones: Los mosaicos, manchas amarillentas y zonas necróticas en hojas e inflorescencias, y las deformaciones, como rizaduras de hojas, enanismos y ramificaciones anormales.  Hongos: Originan royas, podredumbres y tumores. RELACIONES PERJUDICIALES RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA

32 B. Enfermedades producidas en animales: Muchas son las enfermedades que afectan a animales de la cabaña ganadera, algunas de las cuales pueden ser transmitidas a la especie humana, denominándose zoonosis. Pero en otros casi sólo afectan a los animales, con las correspondientes consecuencias económicas. Dichas enfermedades pueden estar producidas por:  Bacterias: en los rumiantes la enfermedad conocida como “carbunco sintomático”, y que, para erradicarse, obliga a quemar las reses muertas, pues sus esporas sobreviven en ellos; y las “mastitis”, infecciones de las glándulas mamarias, que pueden llegar a destruirlas, y que ocasionan grandes pérdidas en la producción láctea.  Virus: destacan: La “peste porcina” que origina septicemia y hemorragias internas en los animales y la “glosopeda”, que afecta a animales de pezuña hendida, causando debilidad e incluso la muerte.  Protozoos: como las enfermedades que afectan a aves: la “coccidiosis”, que devasta gallineros, y la “tricomonosis”, que afecta a las palomas. RELACIONES PERJUDICIALES RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA

33 C. Enfermedades producidas en el hombre: Las enfermedades causadas por virus y microorganismos se denominan enfermedades infecciosas, y se manifiestan de muy diversas formas. Es a mediados del S. XIX cuando se reconocen a los microorganismos (ya conocidos desde el S. XVII) como causante de enfermedades. A partir de entonces se introdujeron procedimientos de esterilización en hospitales y medidas de prevención contra el contagio: potabilización de aguas, erradicación de insectos, períodos de cuarentena... A veces la enfermedad es causada por las toxinas que producen (caso del botulismo, p.e.). En otras ocasiones, un mismo organismo puede producir enfermedades distintas, como Streptococcus pyogenes, que en la piel produce impétigo, en la garganta faringitis y sus toxinas, también en la garganta, escarlatina. RELACIONES PERJUDICIALES RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA

34 RELACIONES PERJUDICIALES RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA  Virus: ya se han comentado anteriormente  Protozoos: se pueden destacar el plasmodio, agente causante de la malaria o paludismo y que afecta a muchos millones de personas de países tropicales; el Tripanosoma gambiensis, que causa la enfermedad del sueño y es endémico de África tropical; el Tripanosoma cruzi propio de toda Centroamérica y Sudamérica; algunas especies de amebas causan graves disenterías o diarreas (amebiasis), igualmente en zonas tropicales. El toxoplasma es responsable de la toxoplasmosis, una enfermedad leve en adultos pero que produce malformaciones en los embriones, se da en España con una alta frecuencia.  Hongos: producen el pie de atleta, la candidiasis, la tiña, el muguet (manchas blancas próximas a la boca en los niños pequeños), la aspergilosis (el hongo aspergilus, común en los alimentos “florecidos”, puede causar una intoxicación por inhalación de esporas que llega a ser mortal).

35  Bacterias: Hay un alto número de enfermedades infecciosas cuyo agente causal es una bacteria. Algunos ejemplos pueden ser los siguientes: Cólera; sífilis; gonorrea; salmonelosis; tétanos; botulismo; ántrax; carbunco; difteria; úlcera gastroduodenal; faringitis; otitis; cistitis; meningitis; conjuntivitis; gangrena; tifus; tuberculosis; lepra; peste bubónica; la enfermedad del legionario (producida por la legionela)….. El estado de infección generalizada por todo el organismo, producida gracias a que la sangre ha servido de medio de transporte dispersión de las bacterias, recibe el nombre de septicemia y resulta generalmente mortal. Las quemaduras que afectan a una amplia extensión de la piel “permiten” la entrada masiva de numerosas bacterias, que sin ser estrictamente patógenas, pueden desbordar al sistema inmunitario y producen septicemia. [Septicemia o sepsis (procede del griego y significa putrefacción) nos puede sonar ya que se emplea corrientemente el término de antiséptico para referirnos a aquellos productos que impiden la infección cuando nos hacemos una herida: Betadine; Mercromina; Cristalmina; agua oxigenada, etc. Por otra parte, también es conocido el término de fosa séptica para referirnos al depósito subterráneo que se construye en viviendas cuando no hay alcantarillado y que reciben las aguas fecales]. RELACIONES PERJUDICIALES RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA

36 RELACIONES PERJUDICIALES RELACIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LA ESPECIE HUMANA

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40 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INVESTIGACIÓN E INDUSTRIA Aunque ya ha sido tratado en parte este apartado, se puede insistir en que los microorganismos se utilizan en muchos campos, tales como:  la industria de la alimentación (derivados lácteos; bebidas alcohólicas);  la industria energética (bioalcohol);  la industria de la descontaminación de aguas y suelos);  la industria minera (bacterias lixiviadoras: quimiosintéticas que transforman un mineral en otro diferente y más fácilmente explotable).  Los microorganismos colaboradores en la investigación podrían ser los que han “ayudado” con sus microherramientas y también los que han servido para ser modificados genéticamente en la nueva ciencia de la biotecnología.

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53 BIOTECNOLOGÍA TRADICIONAL

54 BIOTECNOLOGÍA MODERNA

55 MICROORGANISMOS UTILIZADOS EN BIOTECNOLOGÍA

56 PRINCIPALES TÉCNICAS EMPLEADAS EN BIOTECNOLOGÍA A.Clonación de genes: Técnicas de obtención de ADN recombinante: Los procedimientos de ingeniería genética suelen comenzar con la denominada clonación génica, es decir, la obtención de un conjunto de copias de un gen determinado. Un clon de genes es, por tanto, un conjunto de genes idénticos procedentes de un gen concreto. La clonación de genes comprende varias etapas: Obtención del ADN que contiene el gen. Inserción del gen en un vector de clonación. Introducción del vector de clonación en la célula hospedadora. Detección del gen clonado. A.Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): Es una técnica desarrollada en 1985, mediante la cual, y a partir de la capacidad de la ADN polimerasa para replicar el ADN, se obtienen en el laboratorio múltiples copias de un fragmento determinado de ADN a partir de un nº muy pequeño de moléculas (amplificación del ADN in vitro), a diferencia de las técnicas anteriores de clonación que amplificaban el ADN in vivo.

57 PRINCIPALES APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA

58 PRODUCCIÓN DE ANTIBIÓTICOS

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60 PRINCIPALES APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA