EL MUNDO DE LOS MICROORGANISMOS Y SUS APLICACIONES TEMA 15. APLICACIONES DE LOS MICROORGANISMOS
TEMA 15. 15. APLICACIONES APLICACIONES DE DE TEMA LOS MICROORGANISMOS MICROORGANISMOS LOS CONCEPTO DE MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL. IMPORTANCIA SOCIAL Y ECONÓMICA
La Microbiología Industrial puede definirse como la parte de la Microbiología que se ocupa de las aplicaciones industriales de los microorganismos. Desde otro punto de vista puede decirse también que los procesos de la Microbiología Industrial constituyen aquellos procesos industriales catalíticos basados en el uso de microorganismos.
MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL La microbiología industrial es la disciplina que utiliza los microorganismos, generalmente cultivados a gran escala, para obtener productos comerciales de valor o para realizar importantes transformaciones químicas. La microbiología industrial se originó con procesos de fermentación alcohólica tales como los de la fabricación del vino y de la cerveza. Posteriormente se desarrollaron procesos microbianos para la producción de compuestos farmacéuticos (como los antibióticos), aditivos alimentarios (como aminoácidos), enzimas y compuestos químicos tales como el butanol y ácido cítrico. Todos estos procesos microbiológicos industriales se basaban en la potenciación de reacciones metabólicas que los microorganismos ya eran capaces de llevar a cabo, con el fin, en la mayoría de los casos, de aumentar la producción del compuesto de interés.
Microbiología industrial En la investigación de estos procesos, la principal tarea del microbiólogo consiste en modificar el microorganismo, habitualmente por los métodos genéticos clásicos, o modificar el proceso de tal manera que se obtenga el más alto rendimiento del producto deseado. Pero ahora, además de la microbiología tradicional, ha surgido una nueva era: la de la biotecnología microbiana. En biotecnología, los métodos para la manipulación de los genes han dado lugar a nuevos productos microbianos, la mayoría de los cuales no los producen los microorganismos de forma natural. La producción microbiana surge del hecho de que los microorganismos han sido sometidos a ingeniería genética para fabricar el producto deseado. En biotecnología, el microbiólogo emplea los métodos de la ingeniería genética para, de hecho, crear nuevos organismos que contienen nuevas dotaciones de genes que les permiten fabricar productos nuevos, habitualmente de gran valor comercial.
APLICACIONES DE LAS FERMENTACIONES INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
APLICACIONES DE LAS FERMENTACIONES
Saccharomyces cerevisiae
FABRICACIÓN DEL DEL PAN PAN FABRICACIÓN Los microorganismos que intervienen en el proceso de fabricación del pan son levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae. Estos hongos (ascomicetos) realizan una fermentación alcohólica que emplea como sustratos de la fermentación los glúcidos presentes en la harina de trigo. Los productos obtenidos en la fermentación son: etanol, que se evapora en la cocción y CO2, responsable de que la masa aumente de volumen y se esponje.
FERMENTACIÓN FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA ALCOHÓLICA
FABRICACIÓN DEL PAN La elaboración del pan consiste en mezclar, en un primer paso, harina, agua, sal y levadura. Al entrar en contacto con el agua, las amilasas presentes en la harina se activan e hidrolizan el almidón liberando disacáridos y monosacáridos (maltosa y glucosa), glúcidos que son rápidamente fermentados por la levadura. El CO2, resultante queda atrapado en el interior de la masa y forma un gran número de pequeñas burbujas que determinan su aspecto esponjoso. La cocción de la masa elimina el etanol producido en la fermentación y destruye las células de levadura. Asimismo, tiene lugar una reducción importante en el contenido de agua.
APLICACIONES DE LAS FERMENTACIONES FABRICACIÓN DEL YOGUR
FABRICACIÓN DEL DEL YOGUR YOGUR FABRICACIÓN En la elaboración del yogur o la cuajada intervienen un grupo de bacterias, llamada bacterias lácticas, que fermentan glúcidos sencillos para producir ácido láctico. Estas bacterias que tienen efectos muy beneficiosos para el ser humano, se encuentran de forma natural en la leche sin esterilizar. Las más importantes son Lactobacillus y Lactococcus.
FERMENTACIÓN LÁCTICA
ELABORACIÓN DEL YOGUR El yogur, la cuajada y otros productos como el kéfir reciben el nombre de leches fermentadas, ya que se obtienen mediante la fermentación láctica de la leche en condiciones controladas de pH y temperatura. El ácido láctico producido actúa como un conservante natural y evita así su deterioro por otros microorganismo.
LOS MICROORGANISMOS Y LAS ENFERMEDADES LAS ENFERMEDADES INFECCIOSAS HUMANAS INFECCIOSAS
Los microorganismos microorganismos patógenos patógenos Los La Microbiología es una ciencia que ha nacido como respuesta a la necesidad de conocer más sobre los agentes que causan enfermedades. Los microorganismos patógenos causan infecciones. La infección es el ataque de los microorganismos a un ser vivo hospedador. La virulencia o patogenicidad depende de la capacidad que tenga el patógeno de producir una enfermedad.
MICROBIOTA NORMAL Las superficies corporales expuestas ofrecen un ambiente propicio, rico en nutrientes para el crecimiento de algunos microorganismos. Se localiza: piel, cavidad oral, tractos respiratorios, intestinal y genitourinario
Piel y cavidad oral Estafilococos y levaduras. Propionibacterium acné Streptococcus placa dental y caries
Tracto intestinal Escherichia coli aporta vitaminas y ayuda a la digestión de los ácidos biliares Mucosas genitales Candida albicans, infecciones por descenso pH
Candida albicans
Staphilococcus aureus
Streptococcus pneumoniae
ENFERMEDADES INFECCIOSAS HUMANAS PIE PIE DE DE ATLETA ATLETA
Causas,incidencia incidenciayyfactores factoresde deriesgo riesgo Causas, El cuerpo cuerpo alberga alberga normalmente normalmente una una variedad variedad El de microorganismos, microorganismos, entre entre ellos, ellos, bacterias bacterias yy de hongos,algunos algunosde delos loscuales cualesson sonútiles útilespara para hongos, organismo; mientras mientras que que otros otros pueden pueden elel organismo; multiplicarse rápidamente, bajo las multiplicarse rápidamente, bajo las condicionesapropiadas, apropiadas,yycausar causarinfecciones. infecciones. condiciones El pie pie de de atleta atleta ocurre ocurre cuando cuando un un tipo tipo El particular de de hongo hongo crece crece yy se se multiplica multiplica particular (especialmente entre entre los los dedos dedos de de los los (especialmente pies)oomenos menoscomúnmente, comúnmente,en enlas lasmanos. manos. pies) De las las infecciones infecciones micóticas micóticas conocidas conocidas como como De infeccionespor portiña, tiña,elelpie piede deatleta atletaes eslalamás más infecciones común Trichophyton Trichophyton Puede Puede presentarse presentarse alal común mismotiempo tiempoque queotras otrasinfecciones infeccionesmicóticas micóticas mismo de lala piel, piel, tales tales como como lala dermatofitosis dermatofitosis yy lala de tiña inguinal. inguinal. Estos Estos hongos hongos proliferan proliferan en en tiña zonascálidas cálidasyyhúmedas. húmedas. zonas
El riesgo de desarrollar esta afección se incrementa si:
Se usa calzado cerrado, especialmente recubierto con plástico Se mantiene la humedad en los pies durante períodos prolongados Se presenta sudoración abundante Se desarrolla una lesión menor en las uñas o en la piel. El pie de atleta es contagioso y se puede transmitir por contacto directo o por contacto con artículos tales como zapatos, calcetines y superficies de piscinas o duchas.
SINTOMAS El área afectada por lo general está roja y con picazón y el síntoma más común es la piel agrietada, en escamas y que se desprende entre los dedos de los pies. Se puede tener la sensación de quemadura o picadura y a veces puede haber ampollas, supuración o costra. Además de los dedos de los pies, los síntomas del pie de atleta se pueden presentar en talones, palmas de las manos y entre los dedos de las manos. Si el hongo se disemina hacia las uñas, éstas pueden presentar decoloración, engrosamiento e incluso desmoronamiento.
TRATAMIENTO Se Se pueden pueden administrar administrar medicamentos medicamentos antimicóticos antimicóticos tópicos tópicos de de venta venta libre libre para para ayudar ayudar aa controlar controlar la la infección, infección, ya ya sea sea en en polvo polvo oo en en crema, que crema, que generalmente contienen generalmente contienen clotrimazol, clotrimazol, miconazol miconazol oo tolnaftato. tolnaftato. Una Una vez vez que que se se resuelve resuelve el el pie pie de de atleta, atleta, se se debe debe continuar continuar con con el el medicamento medicamento de de 11 aa 22 semanas semanas después después de de que que la la infección infección haya haya desaparecido desaparecido de de los los pies pies para para evitar su recurrencia. evitar su recurrencia. Además: Además: Se Se deben deben mantener mantener los los pies pies limpios limpios yy secos, secos, especialmente especialmente entre entre los los dedos. dedos. Se Se recomienda recomienda lavar lavar bien bien los los pies pies con con jabón jabón yy agua agua yy secar secar el el área área completamente completamente yy con con mucho mucho cuidado, cuidado, al al menos menos dos dos veces veces al al día. día. Se deben usar medias limpias de algodón Se deben usar medias limpias de algodón yy cambiarlas, cambiarlas, al al igual igual que que los los zapatos, zapatos, lo lo más más frecuentemente posible para mantener los pies secos. frecuentemente posible para mantener los pies secos.
PREVENCIÓN Para prevenir el pie de atleta, se deben seguir estas medidas: Secar completamente los pies después de bañarse o nadar Usar sandalias o chancletas en los baños y piscinas públicas Cambiar los calcetines lo más frecuentemente posible para mantener los pies secos, mínimo diariamente Utilizar talcos antimicóticos o de secado como medida preventiva en caso de que la persona sea propensa a este problema o tenga una exposición constante a áreas en donde se sospecha su presencia (como los baños públicos) Usar zapatos bien ventilados y preferiblemente hechos de un material natural como el cuero. Se recomienda alternar el uso de los zapatos diariamente, de tal manera que cada par se puede secar completamente mientras se usan otros zapatos. Igualmente, se deben evitar los zapatos con revestimiento de plástico.
ENFERMEDADES ENFERMEDADES INFECCIOSAS INFECCIOSAS HUMANAS HUMANAS SALMONELOSIS
La salmonelosis constituye un grupo de infecciones producidas por microorganismos del género Salmonella, adquiridas por la ingestión de alimentos o bebidas contaminadas y caracterizadas por presentar síndromes febriles asociados a manifestaciones gastrointestinales o sistémicas, con frecuencia severas. El género Salmonella, definido por su conjunto de características bioquímicas, reúne cerca de 2.000 tipos serológicos. Cada tipo serológico a su vez está caracterizado por antígenos específicos que pueden ser identificados mediante pruebas serológicas. Existen tres tipos de Salmonella, la S.choleraesuis, la S.typhi y la S. enteritidis.
SALMONELOSIS La salmonelosis constituye un grupo de infecciones producidas por microorganismos del género Salmonella, adquiridas por la ingestión de alimentos o bebidas contaminadas y caracterizadas por presentar síndromes febriles asociados a manifestaciones gastrointestinales o sistémicas, con frecuencia severas. El género Salmonella, definido por su conjunto de características bioquímicas, reúne cerca de 2.000 tipos serológicos. Cada tipo serológico a su vez está caracterizado por antígenos específicos que pueden ser identificados mediante pruebas serológicas. Existen tres tipos de Salmonella, la S.choleraesuis, la S.typhi y la S. enteritidis.
La puerta de entrada es la vía digestiva. El bacilo debe sobrepasar la barrera defensiva representada por la acidez gástrica. Son más susceptibles los individuos con aclorhidria y aquellos que ingieren antiácidos. El agente que consigue sobrevivir las primeras 24 a 72 horas en el intestino, penetra el epitelio donde se multiplica y produce alteraciones histopatológicas. En el caso de la fiebre tifoidea los bacilos buscan un hábitat intracelular, lo que corresponde a la llamada fase mesentérica en la cual los gérmenes penetran a los ganglios y continúan multiplicándose para posteriormente pasar a la circulación sanguínea y a las placas de Peyer, órganos linfoides del intestino. Muchas de las manifestaciones de la fiebre tifoidea son causadas por los metabolitos del ácido araquidónico, los radicales libres de oxígeno y otros mediadores liberados por las células mononucleares y los macrófagos.
MANIFESTACIONES CLINICAS
Las manifestaciones clínicas de las salmonelosis se presentan básicamente bajo tres modalidades: 1.fiebres entéricas entre las cuales la más común es la fiebre tifoidea producida por la Salmonella typhi ;
1.gastroenteritis producidas por varios tipos, entre ellas la S.typhimurium. 1.septicémica, caracterizada por la bacteremia asociada a lesiones focales debida frecuentemente a la S.choleraesuis. Dentro de las manifestaciones clínicas comunes está la fiebre acompañada de dolor abdominal, evacuaciones intestinales frecuentes, líquidas, de aspecto verdoso, fétidas, mucoides y en ocasiones con estrías de sangre.
Mecanismo de transmisión Las Salmonellas viven en el tracto intestinal de humanos y algunos animales como: ganado, aves de corral, mascotas domésticas, reptiles y tortugas. El contagio se produce al ingerir alimentos contaminados, en especial aquellos de origen animal, incluyendo carnes rojas, aves de corral, huevos y leche no pasteurizada, aunque puede ocurrir al ingerir frutas, verduras o arroz. Los alimentos contaminados pueden lucir y oler normalmente. Las altas temperaturas eliminan completamente al microbio, por lo que resulta imposible contagiarse ingiriendo alimentos de origen animal fritos a altas temperaturas o cocidos apropiadamente. Sin embargo, la contaminación de los alimentos después de ser cocinados es factible, caso que sean tocados por manos que se encuentren impregnadas con Salmonellas, como ocurre cuando no se lavan antes de comer o de preparar los alimentos. También se puede contagiar Salmonellas al tocar mascotas enfermas.
Mary Mary Mallon, Mallon, también también conocida conocida como como María María Tifoidea, Tifoidea, fue fue la la primera primera persona persona en en ser ser identificada identificada como como una una portadora portadora sana de fiebres tifoideas en los Estados Unidos. sana de fiebres tifoideas en los Estados Unidos. Este Este caso adquirió gran fama, en parte por la obstinación, caso adquirió gran fama, en parte por la obstinación, por por parte de la protagonista, de negar que ella fuera parte de la protagonista, de negar que ella fuera la la causante causante de de la la aparición aparición de de la la enfermedad, enfermedad, rehusándose rehusándose por por tanto tanto aa dejar dejar de de trabajar trabajar como como cocinera. cocinera. Las Las autoridades de salud pública la obligaron a entrar autoridades de salud pública la obligaron a entrar en en cuarentena en dos ocasiones, y murió durante la segunda cuarentena en dos ocasiones, y murió durante la segunda de de una una neumonía neumonía (y (y no no de de fiebre fiebre tifoidea). tifoidea). Mary Mary Mallon Mallon emigró emigró de de Irlanda Irlanda aa Estados Estados Unidos. Unidos. Entre Entre 1900 1900 yy 1907 1907 trabajó trabajó como como cocinera cocinera en en Nueva Nueva York, York, yy durante durante este este periodo periodo infectó infectó aa 22 22 personas. personas. Pasó Pasó por por diferentes familias que enfermaban al poco tiempo de diferentes familias que enfermaban al poco tiempo de su su llegada. Esto la obligó a ir de familia en familia, lo que llegada. Esto la obligó a ir de familia en familia, lo que contribuyó contribuyó aa que que la la enfermedad enfermedad se se extendiera extendiera aún aún más. más. Aunque Aunque se se negó negó en en numerosas numerosas ocasiones ocasiones aa proporcionar proporcionar muestras analizables, las autoridades consiguieron muestras analizables, las autoridades consiguieron demostrar demostrar que que era era portadora. portadora. Tras Tras una una cuarentena cuarentena de de tres tres años, fue liberada a condición de que no trabajase con años, fue liberada a condición de que no trabajase con comida. comida. Mary Mary Mallon Mallon cambió cambió su su nombre nombre por por el el de de Mary Mary Brown Brown yy volvió volvió aa trabajar trabajar como como cocinera, cocinera, tras tras lo lo cual cual se se produjeron produjeron otros 25 infectados y 2 muertos. Tras ser localizada otros 25 infectados y 2 muertos. Tras ser localizada de de nuevo, le fue impuesta una cuarentena de por vida. nuevo, le fue impuesta una cuarentena de por vida.
Enfermedades Enfermedades infecciosas infecciosas humanas humanas ENFERMEDAD DE CREUTzFELDT-JAkOB
CREUTZFELDT-JAKOB
La cara positiva de los priones Descubierta la funci贸n biol贸gica de las prote铆nas que causan el mal de las vacas locas Un estudio muestra que tienen un papel en el mantenimiento de la mielina El prion de vaca y el humano son casi id茅nticos.
CREUTZFELDT-JAKOB Todos tenemos priones. Dicho así, puede que asuste. Este tipo de proteínas ganó una merecida mala fama cuando se descubrió que eran la causa de la enfermedad de CreutzfeldtJakob, la variante humana del scrapie de las ovejas o el mal de las vacas locas. Pero no hay que asustarse. Un trabajo que publica Journal of Neuroscience, y que reseña Nature, explica al menos una de las funciones que desempeñan estas proteínas en nuestro sistema nervioso: son parte de la plasticidad del cerebro, en concreto, porque ayudan a mantener la mielina, una capa protectora de las neuronas. La clave de esta aparente contradicción está en que los priones se presentan en dos configuraciones, una buena y otra mala. La buena es la descrita por el trabajo científico; la mala, la que ha causado tantos problemas en la ganadería y algunas personas.
CREUTZFELDT-JAKOB Las proteínas no son sino cadenas de eslabones irregulares: los aminoácidos. En el organismo no están como una hilera, sino que se pliegan formando ovillos igual que el que se forma si dejamos caer una cadena al suelo. Pero esta estructura no es casual. Los aminoácidos tienen características que hacen que unos tiendan a acercarse a otros, o a repelerse (cargas débiles, puentes de hidrógeno), así que el plegamiento es muy estricto. Esto es fundamental para que funcionen. La forma ayuda, por ejemplo, a que acojan otras moléculas para hacerlas reaccionar. Cuando no adquieren esa forma concreta, son destruidas. Lo peculiar de los priones es que tienen dos configuraciones tridimensionales estables, la útil y la nociva. Y que esta última resulta de alguna manera inmune a los sistemas de limpieza del organismo. Por eso se acumulan y atacan el cerebro de los animales (humanos incluidos). Además, por un mecanismo que aún no está claro, cuando un prion malo llega al cerebro, hace que los de alrededor cambien de configuración y adopten la dañina. De alguna manera, se contagia.
CREUTZFELDT-JAKOB Para ver el papel de los priones sanos (PrPc en el lenguaje científico) el investigador italiano Enrico Cherubini, de la International School for Advanced Studies de Trieste (Italia), tomó tejidos cerebrales de ratones, y estimuló sus neuronas. En los animales que tenían en el gen que codifica los priones (un gen es el libro de instrucciones para fabricar una proteína), la unión entre las neuronas se fortalecía; en los otros, se debilitaban. “Esto muestra que la PrPc controla la dirección de la plasticidad en el hiopocampo en desarrollo”, concluye Cherubini. El proceso de fortalecimiento de la unión entre las neuronas, llamado científicamente potenciación, es clave en el desarrollo y evolución del hipocampo, una estructura cerebral relacionada, entre otras cualidades, con la memoria.
ENFERMEDADES INFECCIOSAS HUMANAS SIDA
LE 43-22
1 µm
SIDA SIDA . Inmunodeficiencia congénita y adquirida. Características del SIDA, transmisión y modo de acción del VIH sobre el sistema inmunitario. Cuando las reacciones inmunológicas son insuficientes ante las infecciones de todo tipo o bien no existen. Las consecuencias de las inmunodeficiencias son, principalmente: Propensión a padecer múltiples infecciones y aumento de la aparición de tumores, ya que, están controlados por el sistema inmunológico. Síndrome de inmunodeficiencia congénita. En este caso no ha existido un proceso de formación y diferenciación de células inmunocompetentes, como causa más generalizada. A los niños que presenta este síndrome se le llama niños burbuja, ya que deben vivir en una habitación estéril y evitar el contacto con persona, animal u objeto portadores de gérmenes. Una de las soluciones viables para remediar este déficit, es el injerto de médula ósea capaz de formar células inmunocompetentes.
SIDA El virus de SIDA tiene afinidad por las células portadoras del receptor CD-4. Estas células son: los linfocitos T4, los macrófagos y monocitos, y muchas células nerviosas y de la mucosa digestiva. El virus se unirá a estas células y pasará a su interior, reproduciéndose según los ciclos estudiados en el tema 7. Las evidencias epidemiológicas reconocen únicamente tres mecanismos implicados en la transmisión del virus: Por contacto sexual, a través del semen o secreciones vaginales, tanto en las relaciones homosexuales como heterosexuales. Por vía sanguínea y derivados de la misma, como sucede con las transfusiones sanguíneas, por el hecho de compartir instrumentos potencialmente portadores de sangre infectada, como jeringuillas de agujas, maquinillas de afeitar, cepillos de dientes, etc. Por vía materno-filial, bien sea a través de la circulación fetal ( hay riesgo del 20-25%) o en el momento del parto por vía sanguínea o secreciones vaginales. Normalmente se admiten tres etapas en la infección provocada por el VIH