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Tema 14: Microbiología
1. LOS MICROORGANISMOS SON SERES VIVOS
MICROSCÓPICOS
Son microorganismos todos aquellos seres que, debido a su pequeñísimo tamaño, sólo pueden ser visualizados utilizando un microscopio. No se trata de un grupo sistemático, sino de un concepto en el que se engloba a varios grupos no relacionados de seres vivos (arqueas, bacterias, protozoos, algas microscópicas y hongos microscópicos) y a otros no considerados vivos (virus, viroides y priones). La parte de la biología que se ocupa del estudio de los microorganismos es la microbiología.
La existencia de los microorganismos no pudo ser demostrada hasta la invención de los microscopios, si bien había sido intuida anteriormente por Roger Bacon , que pensaba que las enfermedades podrían ser causadas por "seres invisibles". Fue Leeuwenhoek , a finales del siglo XVII, el primero en observar microorganismos vivos, pudiendo apreciar la enorme diversidad del mundo microbiano. Sin embargo, el desarrollo científico de la microbiología no se inició hasta la segunda mitad del XIX, y ello por varias razones:
- Hasta entonces no se dispuso de mejores microscopios, ni se idearon técnicas para el estudio de los microorganismos.
- Gran cantidad de investigadores pensaban que los microorganismos se originaban por "generación espontánea" a partir de la materia orgánica en descomposición, idea que persistió hasta que Pasteur (1822-1895) demostró su falsedad.
- El interés por el mundo microbiano aumentó enormemente cuando, en 1876, el médico alemán Robert Koch demostró el papel de los microorganismos como agentes causantes de enfermedades.
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2. BACTERIAS Y ARQUEAS TIENEN ESTRUCTURA CELULAR
PROCARIOTA
La célula procariota es el tipo celular más sencillo y primitivo que se conoce. Se caracteriza por poseer un citoplasma poco diferenciado , con muy pocos orgánulos, y también, muy especialmente, por la ausencia de envoltura nuclear , razón por la que no posee un núcleo definido y el material hereditario se encuentra disperso en el interior de la célula, en la denominada región nuclear o nucleoide. Se considera que las células procarióticas son las más primitivas debido a su similitud con los fósiles más antiguos que se conocen, cuya edad se calcula en unos 3.800 millones de años.
Los organismos procarióticos son siempre unicelulares , si bien pueden, en algunos casos, formar colonias, es decir, agrupaciones de células fisiológicamente independientes y nunca comparables a un ser pluricelular.
En la actualidad, los organismos procarióticos se dividen en dos grupos: a. Dominio Archaea. Comprende las arqueas o arquebacterias o bacterias arcaicas. b. Dominio Bacteria. Comprende las bacterias verdaderas o eubacterias , que constituyen el grupo más numeroso.
2.1. Las bacterias son los procariotas mejor conocidos
Las bacterias son los procariotas más estudiados y, por tanto, mejor conocidos. Se trata de microorganismos muy sencillos, unos autótrofos y otros heterótrofos. Respecto a su morfología, se distinguen varios tipos: cocos , esféricos; bacilos , alargados y parecidos a un cilindro o bastón; vibrios , alargados y curvados como una coma; y espirilos , de morfología helicoidal.
En cuanto a su tamaño, ya hemos dicho que se trata de microorganismos, es decir, organismos tan pequeños que sólo son visibles al microscopio. La mayoría tienen forma bacilar, con un grosor no superior a 1 μm y una longitud menor de 5 μm; no obstante, existen bacterias más grandes ( Bacillus anthracis llega a 10 μm de largo) y también otras más pequeñas (algunos cocos apenas alcanzan 0,5 μm de diámetro, y ciertas formas de resistencia llegan a medir de 0,15 a 0,20 μm de diámetro).
Respecto a su nutrición , existen bacterias autótrofas y otras (la mayoría) heterótrofas.
Las bacterias autótrofas se pueden dividir en dos grupos: I. Bacterias fotosintéticas : Son capaces de sintetizar materia orgánica a partir de materia inorgánica, ya que realizan el proceso de fotosíntesis. Su pigmento fotosintético es la bacterioclorofila, por lo que realizan una fase luminosa sin desprendimiento de oxígeno (ver tema sobre fotosíntesis). Las cianobacterias son una notable excepción, ya que poseen clorofila a, lo que les permite emplear agua como donante de hidrógeno y electrones, desprendiendo O 2. II. Bacterias quimiosintéticas : La quimiosíntesis es un proceso que reviste cierto parecido con la fotosíntesis, en el sentido de que ambos son tipos de metabolismo autótrofo. Sin embargo, aquí no se emplea energía luminosa, sino energía procedente
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- Resultan, en su conjunto, imprescindibles para la vida en nuestro planeta , ya que participan en procesos como el ciclo de la materia en los ecosistemas, etc.
- Muchas bacterias tienen aplicaciones industriales de cara a la producción de diversos productos: yogures, antibióticos, etc.
- Algunas bacterias forman asociaciones mutuamente beneficiosas ( simbiosis ) con nuestro propio organismo: flora intestinal, ciertas bacterias de la piel, etc.
- Otras bacterias son patógenas, es decir, producen enfermedades: pulmonías, faringitis, tuberculosis, etc. No obstante, existen muchas enfermedades que no son producidas por bacterias. La importancia de los microorganismos patógenos será tratada más adelante.
- Ciertas bacterias poseen importancia de cara a la agricultura, ya que fijan el nitrógeno de la atmósfera y colaboran al enriquecimiento natural del suelo.
- Etc.
2.2. Estructura de la célula bacteriana
(De Clegg y Mackean) 2.2.1. Membrana celular La membrana plasmática o membrana celular es una envoltura que rodea el citoplasma de la bacteria. Tiene unos 75 angstrom de espesor y está formada por lípidos y proteínas. Su estructura es similar a la de la célula eucariota. Sin embargo, ambas membranas
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no son exactamente iguales; así, la membrana de las bacterias carece de esteroles, y no realiza procesos de endocitosis.
Otra particularidad de la membrana de las bacterias es la presencia de unas invaginaciones, los mesosomas , que se encargan de algunas funciones importantes: dirigir la duplicación del cromosoma bacteriana, realizar la respiración, la fotosíntesis, etc.
2.2.2. Estructuras extracelulares Cápsula : Se trata de una capa viscosa, de aspecto gelatinoso, que rodea a algunas bacterias. Las cápsulas están formadas por sustancias de naturaleza glucídica (glucosa, galactosa) y derivados de glúcidos (ácido glucurónico, acetil glucosamina, etc.), combinados a veces con otras sustancias. En ocasiones están formadas por polipéptidos, como en el bacilo del carbunco ( Bacillus anthracis ). Estas envueltas desempeñan funciones muy diversas: protección contra la fagocitosis u otro tipo de agresión externa (anticuerpos, desecación...); también son muy útiles como almacén de sustancias nutritivas y, según parece, como reguladoras de ciertos intercambios entre la bacteria y el medio externo; además, dado su carácter viscoso, permiten la fijación de las bacterias al sustrato y la formación de agrupaciones de bacterias. Pared celular bacteriana: Es una capa rígida que se encuentra bajo la cápsula (si ésta existe) y sobre la membrana celular; se trata de una envoltura rígida y fuerte que rodea a la bacteria, mantiene la forma de la célula y previene la lisis osmótica, regula el intercambio de sustancia con el medio externo, proporciona carga negativa a la superficie celular, posee componentes con capacidad antigénica. Está compuesta por peptidoglicano o mureína (polisacáridos unidos a cortas cadenas peptídicas), el cual está formado por cadenas de polisacáridos de dos glúcidos: N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM), unidos por enlaces 4); una corta cadena de cuatro aminoácidos se une, a su vez, a los restos de NAM. Se pueden establecer enlaces peptídicos entre los aminoácidos de cadenas de polisacáridos adyacentes. Se conocen dos tipos de pared celular bacteriana, de estructura y composición diferentes: gram positiva y gram negativa. Esta denominación se debe a la diferente coloración que toman las bacterias, según tengan la pared de uno u otro tipo, al ser teñidas mediante la técnica ideada por el danés Hans Christian Gram (1853-1938).
La pared gram positiva consta de una sola capa, que está constituida por peptidoglicano (80%), al que se asocian polisacáridos, proteínas y unas sustancias llamadas ácidos teicoicos.
Por su parte, la pared gram negativa está formada por dos capas: una capa basal de peptidoglicano (20%), sobre la que existe una membrana externa , formada por lipoproteínas, lipopolisacáridos y otros lípidos, es permeable gracias a canales de porina. Se tiñen de color rosado con la tinción de Gram_._
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síntesis de proteínas. Su estructura es similar a la de los ribosomas eucarióticos, aunque estos últimos son de mayor tamaño (80 S). Inclusiones : Son gránulos de tamaño, aspecto y composición muy diversos. Se trata de sustancias de reserva o de residuos metabólicos, y no aparecen delimitados por ningún tipo de membrana. En muchas bacterias revisten gran importancia los gránulos de poli-ß-hidroxi-butirato ( PHB ), que es un lípido de reserva. Vesículas : Son acumulaciones de sustancias, rodeadas por membrana. Las más importantes son las vesículas gasíferas , que sirven para regular la flotación de determinadas bacterias en medios líquidos, así como los carboxisomas (en el caso de las bacterias autótrofas), que contienen enzimas responsables de la fijación del dióxido de carbono. En las bacterias fotosintéticas, los cromatóforos o cuerpos membranosos fotosintéticos, en los que está contenido el aparato bioquímico requerido para realizar la fotosíntesis. Nucleoide o región nuclear: Es la zona del citoplasma de la bacteria donde se localiza el material hereditario. El ADN de la bacteria es circular y bicatenario, y está constituido por una sola molécula, que suele recibir el nombre de cromosoma bacteriano o genóforo. El ADN bacteriano es la memoria genética de la bacteria, y hay que recordar que no se encuentra separado del citoplasma por ningún tipo de membrana. Aparece asociado a proteínas, y se ha sugerido que podría organizarse, al menos parcialmente, en estructuras equivalentes a los nucleosomas eucarióticos. Plásmidos : Son moléculas de ADN no integradas en el cromosoma bacteriano. Se transcriben y replican independientemente. 2.2.4. Endospora bacteriana
Algunas bacterias poseen formas de resistencia que les permiten superar condiciones ambientales desfavorables y mantener un estado de vida latente ( criptobiosis ) en el que la actividad metabólica es indetectable, pero que mantiene durante mucho tiempo la capacidad de volver a la vida normal. La forma de resistencia más extrema es la endospora , que son capaces de formar algunas bacterias; los géneros Bacillus y Desulfotomaculum, entre otros, son importantes formadores de endosporas, la mayoría de las cuales pueden resistir hasta 50 años, llegando algunas hasta los 200-300 años.
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En términos de temperatura, algunas endosporas requieren tratamientos a 121ºC durante 15 minutos para poder ser destruidas, lo que puede dar idea de su gran resistencia.
2.2. Las arqueas presentan importantes diferencias respecto a las
bacterias
Las arqueas (Archaea) o arquebacterias son células procariotas, ya que carecen de núcleo definido, pero guardan importantes diferencias respecto a las bacterias verdaderas o eubacterias. Destacaremos las siguientes:
a. La pared celular de las arqueas carece de ácido murámico , componente prácticamente universal de la pared de las bacterias.
b. La membrana plasmática de las arqueas posee esteroles , al igual que la de las células eucariotas, y al contrario que la de las bacterias (salvo cianobacterias).
c. Sus ribosomas se parecen a los de eucariotas.
Estas y otras características de las arqueas tienen importantes implicaciones evolutivas (ver tema 7, apartado 1.1).
Actualmente, las arqueas se encuentran confinadas en determinados ambientes extremos: fuentes termales, ambientes extraordinariamente salinos, etc.
2.3. Reproducción y genética bacterianas
Los organismos procarióticos son todos unicelulares, de ahí que la reproducción celular equivalga para ellos a su propia reproducción como individuos. Podemos distinguir dos procedimientos básicos de reproducción celular en procariotas:
- La bipartición sencilla, procedimiento por el cual una célula procariota origina dos células hijas con contenido genético idéntico al suyo, desapareciendo la progenitora.
- Los mecanismos parasexuales , por los cuales no aumenta el número de células, pero sí que varía el contenido genético de éstas (de manera que, al menos genéticamente, se las puede considerar como células nuevas ). Estos mecanismos constituyen el primer atisbo evolutivo de la sexualidad; están encaminados a generar variabilidad genética y pueden, en cierta medida, ser considerados como procesos reproductores.
2.3.1. Los procariotas se multiplican por bipartición
La bipartición constituye la forma habitual de reproducción de la célula procariota. El proceso se inicia tras una duplicación de la molécula de ADN ( cromosoma bacteriano ) y consiste en la separación de las moléculas hijas, que es dirigida por los mesosomas, y posterior división del citoplasma y separación de las células hijas, que reciben todo su patrimonio genético de su progenitora. (Ver fotografías en páginas anteriores).
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h. ¿Qué tipos de morfología pueden presentar las bacterias? ¿Cuál es el tipo morfológico más abundante? i. Distingue entre arquebacterias y eubacterias. j. ¿Dónde se localiza la cápsula bacteriana?; ¿qué función tiene esta estructura?; ¿cuáles son su aspecto y composición química? k. ¿Qué es y para qué sirve la pared celular bacteriana? ¿Cuál es su componente químico más característico? ¿Qué tipos de pared existen? l. Define membrana celular. ¿Qué semejanzas y diferencias existen con respecto a la de la célula eucariota? m. Muchas bacterias poseen flagelo. ¿Qué son los flagelos bacterianos?; ¿qué proteína los forma? Dibuja uno e indica sus componentes. n. Diferencia flagelos de pelos; ¿para qué sirven estos últimos? ¿Qué son los pelos F? ñ. ¿Qué quiere decir que el citosol es un coloide? o. ¿Cuál es la función de los ribosomas? p. ¿Qué denominaciones recibe el aparato fotosintético de las bacterias fotosintetizadoras? ¿Cuál es su pigmento característico? ¿Qué es la fotosíntesis? q. ¿Qué es el cromosoma bacteriano? Define plásmido. r. ¿Qué quiere decir que las cianobacterias son autótrofas? ¿Qué es un pigmento? s. ¿En qué consisten los mecanismos parasexuales y qué importancia pueden tener de cara a la evolución bacteriana?
3. FORMAS MCROBIANAS ACELULARES: VIRUS, VIROIDES Y
PRIONES
Se trata de agentes infecciosos microscópicos que no tienen estructura celular, es decir, que no son células. Los virus constan de varios componentes, mientras que los viroides están formados por una molécula de ARN y los priones por una molécula de glucoproteína.
3.1. Los virus: en la frontera de la vida
Los virus (del latín virus , veneno), descubiertos a finales del siglo XIX por Ivanowsky y Beijerinck , son unos agentes patógenos (productores de enfermedades) cuyo tamaño es tan pequeño que no sólo resulta imposible verlos con el microscopio óptico, sino que incluso son capaces de atravesar los finos filtros de porcelana en que las bacterias quedan retenidas.
La utilización del microscopio electrónico ha permitido la observación y el estudio de estos seres, estableciéndose sus características diferenciales:
a. Los virus no son células , por lo que no responden ni a la organización procariota ni a la eucariota.
b. Los virus no son independientes , ya que necesitan parasitar células vivas para multiplicarse. Son, por ello, parásitos obligados.
c. Poseen un solo tipo de ácido nucleico , ADN o ARN, nunca ambos a la vez. d. No crecen ni se multiplican por división.
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e. Carecen de metabolismo autónomo. f. Son ultramicroscópicos , sólo se pueden ver al microscopio electrónico (por esta razón, sólo pudieron ser observados mucho después de su descubrimiento).
Dado que carecen de metabolismo propio, que no pueden multiplicarse sin parasitar una célula viva y que sus características son muy distintas de las de los seres celulares, se considera que los virus no son seres vivos, sino que se trata de parásitos supramoleculares , ya que no pueden reproducirse por sí mismos (necesitan parasitar una célula) y no poseen otros atributos de los que definen al ser vivo. Como podemos ver, que se considere o no a los virus como seres vivos aparece estrechamente relacionado con la definición de vida que se acepte, cuestión ésta de difícil acuerdo como ya estudiamos anteriormente.
En el ciclo de un virus podemos distinguir dos fases: a. Una fase extracelular, durante la que el virus existe en forma de partícula vírica o virión , carente de procesos metabólicos (metabólicamente inerte), pero capaz de infectar células vivas. b. Una fase intracelular, en la que el ácido nucleico del virus penetra en la célula y desencadena los procesos que conducirán a la formación de nuevos viriones.
3.2. Estructura de un virión
La estructura de una partícula vírica consta de una molécula de ácido nucleico, que se encuentra protegida en el interior de una estructura proteica, la cápsida, por fuera de la cual puede existir una envoltura membranosa. Las dimensiones de los viriones no exceden los 2.500 Å (0.25 μm).
El ácido nucleico puede ser ADN o ARN (nunca los dos, como ya se ha dicho). Se trata, en cualquier caso, de una sola molécula, que puede ser lineal o circular, monocatenaria o bicatenaria; como se ve, pueden darse ciertas singularidades, como los ADN de cadena simple o los ARN de cadena doble.
La cápsida es una cubierta proteica que protege el ácido nucleico. Está formada por la unión de los capsómeros , unidades que se repiten y que, generalmente, están formadas por un solo tipo de proteínas. El conjunto formado por la cápsida y el ácido nucleico en ella contenido recibe el nombre de nucleocápsida. Por otra parte, la cápsida de algunos virus alberga también, además del ácido nucleico, moléculas enzimáticas necesarias para poder realizar su ciclo de multiplicación en el interior de la célula parasitada.
Algunos viriones, como los que producen la gripe, poseen una envoltura membranosa que rodea exteriormente la cápsida. Esta envoltura suele ser proteica (como en el virus de la viruela ), pero en algunos casos (virus de la gripe ) es similar a una membrana unitaria, generalmente procedente de las células huésped anteriormente parasitadas.
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ocasionándole la muerte. En el proceso de multiplicación de un virus se pueden distinguir varias fases:
a. Adsorción. El virus establece contacto con la célula huésped y se fija a su superficie. Un virus concreto no se fija a cualquier célula, sino solamente a aquellas que sean sensibles a él por poseer en su superficie algún tipo de receptor que el virus es capaz de reconocer; es decir, existe una especificidad entre virus y célula huésped. En cuanto a la forma de fijarse, varía según el virus de que se trate; por ejemplo, los fagos se fijan mediante sus fibras caudales, mientras que el virus de la gripe lo hace estableciendo enlaces químicos. b. Durante la fase de penetración el ácido nucleico del virus pasa al interior de la célula. El procedimiento varía en función del tipo de virus: los fagos contraen su vaina e inyectan el ácido nucleico; los virus de vegetales aprovechan roturas ocasionales (como las producidas por picaduras de insectos), etc. c. La fase de eclipse se llama así porque no ocurren cambios aparentes. Sin embargo, durante este período el ácido nucleico del virus anula al ADN celular y dirige la síntesis de los enzimas necesarios para su multiplicación. d. Síntesis de componentes víricos. Durante esta fase se duplica repetidas veces el ácido nucleico y se sintetizan capsómeros. Para estos procesos se utiliza materia y energía de la célula huésped. e. Los componentes víricos llevan a cabo su autoensamblaje : los capsómeros se reúnen para formar nuevas cápsidas que, simultáneamente a su formación o después de ésta, encerrarán cada una una molécula de ácido nucleico, constituyéndose así nuevos viriones. f. Finalmente se produce la lisis o rotura celular, quedando libres los nuevos viriones y muriendo la célula huésped. Algunos virus, como los de la gripe, no lisan la célula, aunque ésta a menudo muere si su ADN ha resultado muy dañado. Se llama tamaño de la explosión a la cantidad de viriones liberados por cada célula infectada.
3.5. Los virus atenuados realizan el ciclo lisogénico
Al estudiar los virus, reviste gran interés el fenómeno de la lisogenia , propio de los virus atenuados. Estos virus, que parasitan bacterias, realizan un ciclo diferente del lítico, el ciclo lisogénico , por lo que las bacterias hospedadoras se denominan bacterias lisógenas.
En el ciclo lisogénico, el ácido nucleico del virus (en estos casos se trata siempre de ADN) es capaz de unirse al cromosoma bacteriano y permanecer en un estado latente ( profago ) durante varias generaciones, duplicándose cada vez que lo hace el ADN de la bacteria, al que está unido, permaneciendo su información intacta.
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Mientras la bacteria contiene el profago, permanece inmune ante otros virus de su mismo tipo; esto se debe a que los genes del profago dirigen la síntesis de un represor, que impide la infección por otros fagos virulentos, y que es también responsable de que se mantenga el estado lisógeno del fago atemperado. En un momento dado, la información vírica se manifiesta, pasándose del ciclo lisogénico al lítico.
La lisogenia permite establecer un parentesco íntimo entre las bacterias y los fagos lisógenos, ya que pone de manifiesto que estos virus se hallan en íntima relación con el material genético de sus células huésped, pudiendo replicarse durante generaciones sin hacerse aparentes.
Un ejemplo de virus lisógeno o atenuado es el fago lambda. En la figura siguiente aparece esquematizado su ciclo.
3.6. Otros agentes acelulares productores de enfermedades: viroides y
priones
Además de los virus, existen otras formas acelulares capaces de producir enfermedades, y cuyo tamaño aún es menor: los viroides y los priones.
Los viroides son moléculas de ARN, carente de protección, que causan determinadas enfermedades en vegetales. Su tamaño es inferior al de cualquier genoma vírico y carece de sitios de unión a los ribosomas o de otras señales para la transcripción. Aparecen en el núcleo de la célula hospedadora, donde interfieren en algunos procesos de regulación génica.
En cuanto a los priones , se trata de agregados de glucoproteínas ( proteína del prión o PPr ). Son capaces de producir enfermedades, entre otras, la encefalopatía espongiforme bovina o “mal de las vacas locas” , y su variante humana
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Flagelados: Un solo núcleo, flagelado y a veces con membrana ondulante. Generalmente parásitos. Ejemplos: Lehismania (provoca la infección de leucocitos y a veces las vísceras dando la enfermedad del kala-azar). El Tripanosoma provoca la enfermedad del sueño o la enfermedad de las chagas. Ciliados: Presentan dos núcleos, el macronúcleo y el micronúcleo. Introducen la comida por el citostoma. Además de bipartición se ha observado fenómenos de conjugación. Generalmente de vida libre, ejemplo típico: Paramecio. Rizópodos: Se mueven y se alimentan mediante los pseudópodos. Vida libre en agua dulce (amebas). Algunos parásitos como le Entamoeba hystolitica. Pueden tener un caparazón silíceo (Heliozoos), o calcáreo (Foraminíferos) Esporozoos: Son todos parásitos y su ciclo vital está asociado al del individuo que parasita. ( Plasmodium que transmite el mosquito Anopheles e infecta a los glóbulos rojos) 4.1.2 Algas: Son organismos autótrofos y fotolitotrofos que dependen del agua. Realizan fotosíntesis oxigénica. Forman parte del fitoplancton y se pueden encontrar sobre cualquier superficie húmeda. También forman asociaciones simbióticas con los hongos (LÍQUENES). Todos poseen pigmentos. Pueden ser unicelulares o pluricelulares.
Dinoflagelados: Formas marinas unicelulares o coloniales. Presentan toxinas que si se acumulan en los organismos filtradores, estos se convierten en tóxicos para nuestra salud (marea roja de los mejillones) Crisofitos: Flagelados unicelulares o coloniales con pigmentos dorados. Euglenofitos: Unicelulares flagelados típico de aguas estancadas. No tienen pared celulósica así que pueden cambiar de forma. Pueden tener una nutrición autótrofa o heterótrofa. Baciliarofitas: Unicelulares de color verde pardo que a veces se encuentran en colonias. Presenta unas “valvas” parecidas a un caparazón que encajan a modo de placa “petri”. Forman parte del plancton ( diatomeas ). Algas conjugadas: Generalmente formas filamentosas, de color verdoso con cloroplastos de forma estrellada ( Spirogyra, Zygnema ). Clorofitos: Color verde con clorofila a y b. Formas unicelulares microscópicas o macrocelulares ( Acetabularia mediterránea). Coloniales ( Volvox ) o pluricelulares macroscopicas con la lechuga de mar ( Ulva lactuca ). Algas pluricelulares (no se estudian en microbiología) Feofitas: Presentan fucoxantina que les da su color pardo-
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dorado, Clorofila a y c. Formas laminares de extraordinaria longitud (sargazos del mar de los sargazos) En Japón y China se las cultiva para obtener un presado seco “Kombú”, usado en alimentación (emulgentes, estabilizantes en alimentación E-400 – E-405). Rodofitas: Especies de algas marinas que presentan ficoeritrina (color rojo), Clorofilas A y D. A veces pueden rodearse de carbonato de calcio (algas calcáreas). Se puede extraer de ellas el agar-agar que se usa en repostería y como medio de cultivo para bacterias. 4.1.3 Hongos (Reino Fungi) Son heterótrofos unicelulares o pluricelulares siempre sin clorofila. Se reproducen tanto sexualmente como asexualmente, presentando alternancia de generaciones. Tienen una pared celular rígida compuesta por polisacáridos (quitina, glucanos etc.). Viven en ambientes muy diversos, aunque la mayoría son terrestres y son muy importantes en la mineralización de la materia orgánica. Pueden vivir en simbiosis con algas dando los líquenes y también pueden asociarse a células de las raíces de metafitas formando las micorrizas.
Pueden producir esporas sexuales formadas por fusión de gametangios agrupados es unas estructuras denominadas hifas, esto da lugar a la clasificación en Ascomycetes (esporas en una estructura en forma de saco) o Basidiomycetes (esporas en el extremo de la hifa como en la mayoría de las setas). Los hongos pueden producir esporas asexuales, resistentes a la desecación denominadas conidios mediante los cuales pueden colonizar otros medios.
Dependiendo de su morfología se han descrito tres grupos principales de hongos: hongos filamentosos, mucosos, y levaduras.
- Hongos filamentosos: Son los mohos que afloran en la fruta muy madura, verduras, o pan. En ellos las hifas se agrupan en un micelio. A partir del micelio algunos hongos forman conidios que son hijas aéreas. Hongos mucosos: Filogenéticamente muy separados de los anteriores. Habitan los vegetales en descomposición, alimentándose de bacterias mediante fagocitosis.
- Levaduras: Son unicelulares de forma ovoide. Se reproducen por gemación, presentando alternancia de generaciones. Habitan sobre lugares ricos en azúcares como la piel de frutos, flores y cortezas de árboles. Algunas viven en simbiosis con insectos. Algunas especies son especialmente interesantes en el mundo de la microbiología industrial como es el caso del Saccharomyces cerevisiae , responsable de la fermentación de las bebidas alcohólicas.
5. ECOLOGÍA MICROBIANA: EL PAPEL DE LOS
MIRCROORGANISMOS EN LOS CICLE DEL CARBONO, DEL
NITRÓGENO Y DEL AZUFRE
Un ciclo biogeoquímico es la ruta cíclica que sigue en nuestro planeta cualquier elemento químico de los que forman parte de la materia viva. Los ciclos biogeoquímicos comprenden una serie de rutas realizadas por los elementos biogénicos que escapan de la biosfera a través de otros sistemas (litosfera, atmósfera, hidrosfera) para después retornar a ella.
Estos bioelementos permanecen un tiempo muy variable en los distintos medios que recorren, siendo su reserva o almacén aquel medio en el cual su permanencia es máxima.
En la naturaleza, los ciclos biogeoquímicos están autorregulados por diversos mecanismos; la actividad humana tiende a acelerarlos y a interferir su regulación, poniendo en peligro su funcionamiento equilibrado.
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5.3 Ciclo del azufre
Las plantas toman del suelo el azufre en forma de sulfatos, que reducen a H 2 S para incorporarlo a los aminoácidos azufrados (p.ej. cisteína). Las proteínas de que forman parte estos aminoácidos pasan a los animales herbívoros y luego a los carnívoros. Cuando todos estos mueren, las bacterias de la putrefacción actúan sobre sus cadáveres y liberan H 2 S; después las sulfobacterias incoloras (quimiolitotrofos) lo oxidan a sulfatos.
6. UTILIDAD DE LOS MICROORGANISMOS EN LA INDUSTRIA
Y EN EL MEDIO AMBIENTE
A mediados del siglo XIX se reconoció la participación de los microorganismos en numerosas transformaciones de la materia orgánica útiles para la humanidad. Sin embargo, muchos procesos microbiológicos venían siendo utilizados desde tiempos muy antiguos para la preparación de alimentos, bebidas y tejidos; en la mayoría de los casos estos procesos habían sido desarrollados, por métodos empíricos, hasta un grado de perfección sorprendente, como la fabricación de pan, cerveza, vino, etc. El conocimiento de su base biológica permitió perfeccionar aún más los procesos tradicionales y desarrollar otros nuevos. De esta manera nació la microbiología industrial.
6.1. Los microorganismos se emplean en numerosos procesos industriales
La microbiología industrial utiliza los microorganismos para la obtención de productos comerciales, gracias a los procesos bioquímicos que realizan. Los microorganismos empleados para ello son, según el caso, distintos tipos de bacterias y de hongos (esencialmente mohos y levaduras).
Para alcanzar unos niveles aceptables de producción, es necesario que los procesos microbiológicos se realicen a gran escala. A estos procesos a gran escala se les denomina fermentaciones , aunque no tienen por qué coincidir con las verdaderas fermentaciones en sentido bioquímico.
En el cuadro siguiente aparecen diversos productos obtenidos por “fermentación” industrial y los microorganismos que participan en su fabricación:
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Producto Nombre Microorganismo Grupo Antibiótico Penicilina Penicillium spp. Hongo Neomicina Streptomyces fradiae Levadura Estreptomicina Streptomyces griseus Levadura Cefalosporina Cephalosporium sp. Hongo Bacitracina Bacillus subtilis Bacteria Alimento Mantequilla Lactobacillus bulgaricus Bacteria Yogur Lactobacillus bulgaricus + Streptococcus thermophilus
Bacterias
Quesos en general Principalmente lactobacilos Bacterias Roquefort Penicillium roqueforti Hongo Pan Saccharomyces cerevisiae Levadura Vinagre Determinadas bacterias y levaduras Bebida Vino Saccharomyces cerevisiae Levadura Cerveza Saccharomyces cerevisiae Levadura El primer impulso de la microbiología industrial afectó, fundamentalmente, a aquellas industrias que, más o menos artesanales, existían previamente, como las de fabricación de alimentos y bebidas. Después creció rápidamente la industria destilera, ya que el alcohol fabricado no sólo lo era para consumo humano, sino también como disolvente y materia prima para procesos químicos.
A partir de la Segunda Guerra Mundial (1939-1945), se emplearon también los microorganismos en una nueva industria, la de síntesis de agentes quimioterapéuticos, esencialmente antibióticos. Los antibióticos son compuestos sintetizados y excretados por algunos microorganismos, y que resultan tóxicos para otros microorganismos; su empleo revolucionó la medicina y es, en gran medida, responsable de buena parte de la calidad de vida y longevidad propias de los países desarrollados.
6.2. Control de plagas mediante microorganismos
Determinadas bacterias son patógenas (producen enfermedades) en insectos. Por ejemplo, ciertas especies de bacilos afectan a las larvas de lepidópteros^1 porque producen proteínas tóxicas para ellas. La producción a escala industrial de estas proteínas permite su utilización como alternativa a los pesticidas químicos más tradicionales (que son más contaminantes).
En la práctica no se aíslan las proteínas propiamente dichas, sino que
(^1) Los lepidópteros son las mariposas; sus larvas son las orugas.
