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TEMA 14
“Microbiología y biotecnología”
(Tiempo estimado: 6 sesiones)
1. MICROBIOLOGÍA, CONCEPTO Y ANTECEDENTES HISTÓRICOS
Podemos considerar microorganismos los integrantes del reino Moneras , es decir las bacterias (arqueobacterias y eubacterias), del reino Protistas (protozoos, algas unicelulares y hongos mucosos) y los hongos unicelulares. También los agentes acelulares , como virus , viroides y priones. Filogenéticamente los primeros en aparecer fueron los procariontes, es decir las Moneras, y más concretamente, según parece, a partir de las arqueobacterias, los primeros eucariotas unicelulares, es decir los Protistas. A partir de estos debieron aparecer los hongos, vegetales y animales. La microbiología estudia a todos ellos, entre los que se encuentran los denominados microorganismos patógenos , responsables de una gran cantidad de las enfermedades más graves que afectan a seres humanos y animales y plantas en general. Tras una larga etapa en la que hipótesis preponderante sobre la formación de la vida fue la generación espontánea, una vez refutada por Louis Pasteur y demostrada la teoría de la Biogénesis, la microbiología surge a finales del siglo XIX como ciencia experimental, a la luz de los descubrimientos científicos sobre la vida microscópica e impulsada especialmente en el siglo XX por los avances técnicos en los instrumentos ópticos que permiten observarla. Son personajes importantes en el desarrollo de la microbiología Louis Pasteur o Robert Koch , este último por demostrar con su Teoría Microbiana de las Enfermedades Infecciosas la relación existente entre los microorganismos y las enfermedades de carácter infeccioso.
2. MICROORGANISMOS DEL REINO MONERAS
No nos vamos a detener mucho en este grupo, ya que hablamos anteriormente de ellos en un tema anterior. Podemos recordar, que las bacterias o eubacterias , presentan todas las formas de nutrición posibles: fotoautótrofa (cianobacterias) y quimioautótrofa, heterótrofa, aerobia y anaerobia. Además aparecen algunos grupos que son organismos facultativos respecto al oxígeno, es decir que pueden vivir en presencia y ausencia de él. Esta gran adaptabilidad les permite colonizar todos los medios, aun con condiciones extremas, por lo que generalmente presentan una gran capacidad colonizadora. En condiciones muy desfavorables algunas bacterias grampositivas como el género Clostridium, pueden originar formas de resistencia llamadas endosporas, esporas que se mantienen en el interior celular y que está rodeadas de una cubierta gruesa que las protege. Pasado el tiempo cuando las condiciones ambientales vuelven a ser favorables, estas endosporas vuelven a germinar regenerando nuevos individuos.
Su reproducción es básicamente asexual, mediante bipartición, escisión o gemación, aunque también aparecen formas de reproducción parasexual en las que se produce transferencia de material genético de unos individuos a otros. Puede ser de tres tipos:
- Transformación : recuerda el experimento de Griffith que vimos temas antes, lo que allí ocurría era transformación. Consiste en la transferencia de ADN de una bacteria donadora desde el exterior hacia el interior de otra bacteria receptora, sin necesidad de contacto entre ellas.
- Transducción : se produce transferencia de ADN utilizando un virus bacteriófago como vehículo durante el proceso de infección a bacterias. Este proceso implica la infección de una bacteria por un bacteriófago, que integra su ADN en forma de profago, en el de la bacteria. Posteriormente, durante la replicación del virus, el ADN de los nuevos virus formados arrastra fragmentos variables del ADN bacteriano. Cuando estos últimos virus repiten la infección en nuevas bacterias, estas reciben además ADN bacteriano de procesos anteriores.
- Conjugación : se produce la transferencia de plásmidos, aislados o incluidos en el cromosoma, desde una bacteria donante a una receptora (F-), a través de los pelos sexuales o pili, por lo que existe contacto físico entre ambas. Las donantes pueden ser de dos tipos diferentes:
- Bacterias F+ : que poseen uno o varios plásmidos, episomas o factores F, independientes de su cromosoma. Durante la conjugación transfieren sólo el plásmido a la bacteria receptora, transformándose esta en F+.
- Bacterias Hfr : poseen el factor F integrado en el cromosoma bacteriano, por lo que durante la conjugación transfieren a la bacteria receptora, no solo el plásmido, sino también un fragmento variable de su propio cromosoma. La bacteria receptora integra el conjunto a su vez en su ADN, transformándose en Hfr. Estás también pueden provenir de bacterias F+^ que, espontáneamente, integran el episoma en su ADN. En todos los casos, estas formas parasexuales han influido enormemente en la gran diversidad evolutiva que aparece en las bacterias, dado que al añadir más ADN al presente en el cromosoma original, aumentan la variabilidad de los individuos. Son también bacterias los micoplasmas , de muy pequeño tamaño, sin pared celular y parásitos obligados de organismos superiores. Finalmente las arqueobacterias tienen características atípicas del resto de las bacterias, como es la ausencia de peptidoglicano en su pared, o la presencia de moléculas de isopreno en lugar de ácidos grasos. En algunas, como las hipertermófilas , las cadenas laterales hidrofóbicas de cada lado de la membrana se unen covalentemente formando una monocapa para resistir mejor las altas temperaturas. Son también arqueobacterias las halófitas (soportan medios hipersalinos) o las metanógenas (productoras de metano en ausencia de oxígeno).
3. MICROORGANISMOS DEL REINO PROTOCTISTAS
Engloba este reino tanto a los protozoos y a las algas unicelulares. Los protozoos son eucariotas aerobios y básicamente heterótrofos, aunque hay algunos fotosintéticos,
Son eucariotas unicelulares o pluricelulares talofíticos heterótrofos, muchos de ellos parásitos de organismos superiores, y otros saprofitos y simbiontes, que se encuentran en todos los medios. Poseen pared celular, aunque con una composición a base de quitina , y forman filamentos llamados hifas , que en su conjunto constituyen un micelio. Dentro de los microorganismos del reino hongos nos encontramos dos grupos:
- Ascomicetos : que comprenden los mohos y las levaduras. Los mohos presentan hifas tabicadas en su micelio, podemos citar a Penicillium o Neurospora. Una de las levaduras más conocidas y utilizadas es Saccharomyces cerevisae, esta es precisamente una de las más importantes desde el punto de vista económico e industrial, ya que se utiliza para fabricar vino, cerveza o pan (recuerda la fermentación alcohólica). De ella se conoce perfectamente su ciclo vital y ya se ha secuenciado totalmente su genoma: Date cuenta que los núcleos que aparecen en color blanco o negro representan los de las células de cada tipo conjugativo (algo parecido al sexo). Además, ten en cuenta que tanto las ascosporas como las células diploides formadas por la fusión de estas se multiplican por gemación (mitosis). Puedes ver que presenta alternancia de generaciones, con una generación haploide (n=16) que va desde la meiosis hasta la cariogamia, y una generación diploide (2n=32) que va desde la cariogamia hasta la meiosis. Hay que mencionar también el ejemplo de Candida albicans, otra levadura capaz en este caso de formar micelio. Esta levadura se encuentra normalmente en la cavidad bucal, en la vagina o en el tracto gastrointestinal. Cuando su número aumenta por encima de un valor determinado provoca la candidiasis, al producir toxinas que vierte al torrente sanguíneo y acaba atacando al sistema nervioso e inmune.
- Mucormicetos : formados por hifas no tabicadas en su micelio, como Rhizopus nigricans, el moho del pan.
5. RELACIONES BIÓTICAS DE LOS MICROORGANISMOS
Las asociaciones que se pueden establecer entre un microorganismo y otro ser vivo pueden provocar diferentes situaciones con diferentes consecuencias:
- Parasitismo : en la que un microorganismo (parásito) obtiene un beneficio de otro
ser vivo (huésped), causándole daños o enfermedades características, en cuyo caso
al parásito se le considera patógeno. Son ejemplos de esta relación cualquiera de las enfermedades infecciosas citadas anteriormente.
- Simbiosis : dos organismos (simbiontes) se benefician mutuamente de la relación
establecida entre ellos. Algunas son obligatorias, es decir los simbiontes no lograrían sobrevivir sin ella, como es el caso de los líquenes (algas y hongos).
- Saprofitismo : son saprófitos los microorganismos que se alimentan de la materia
orgánica muerta (cadáveres y excrementos). Son importantísimos en el reciclaje de la materia orgánica a inorgánica para su utilización por los autótrofos. Son bacterias y hongos.
6. TEORÍA MICROBIANA DE LA ENFERMEDAD
Robert Koch demostró con su Teoría Microbiana de la Enfermedad , la relación existente entre los microorganismos y las enfermedades de carácter infeccioso. En 1876 enunció sus postulados, que recogían sintéticamente los resultados de sus experimentos:
- El microorganismo patógeno debe encontrarse presente en los tejidos de los animales que sufren la enfermedad, pero no en los de los sanos.
- El microorganismo debe ser cultivado en un medio de cultivo puro fuera del cuerpo del animal.
- Al inocular ese cultivo en un animal sano, debe provocar en el mismo la enfermedad.
- Una vez aislado el microorganismo desde los animales inoculados, debe ser idéntico al original. Koch contribuyó también enormemente al desarrollo de la microbiología por sus aportaciones en las técnicas de cultivo de microorganismos. Por ejemplo en resaltar la importancia de los cultivos axénicos (puros) en el estudio microbiológico, o en la
Clostridium botulinum en alimentos mal conservados. La toxina botulínica que produce, altamente tóxica, es un potente paralizante muscular muy utilizada actualmente en tratamientos estéticos con “botox”.
- Por el aire : al toser, estornudar o escupir. Es el caso de la tuberculosis causada por diversas especies del género Mycobacterium.
- Por vectores de transmisión : los vectores son animales que, sin padecer la enfermedad, introducen el microorganismo patógeno en un organismo sano. Por ejemplo la malaria, que se produce por el protozoo Plasmodium, transmitido por la hembra del mosquito Anopheles en sus glándulas salivares, o la enfermedad del sueño, producida por otro protozoo, el Trypanosoma, trasmitido por la picadura de las moscas tse-tsé en el África sub-sahariana y parte de África Central.
- Enfermedades de transmisión sexual (ETS) : transmitidas al mantener relaciones
sexuales. Son ejemplos la sífilis (Treponema pallidum), la gonorrea (Neisseria gonorrhoeae), el sida (virus VIH), papiloma humano (virus VPH).
8. MÉTODOS DE ESTUDIO DE LOS MICROORGANISMOS
La microbiología trabaja en el laboratorio con poblaciones homogéneas genotípica y fenotípicamente, es decir con los cultivos axénicos propuestos por Koch. A estas poblaciones definidas se les llama cepas. Para obtenerlas se recurre a métodos de esterilización de los materiales y de los medios de cultivo, que garanticen la no contaminación de esos cultivos con otros microorganismos. Hay varios métodos de esterilización , es decir, de eliminación de toda forma de vida:
- Físicos : el más utilizado es la aplicación de calor , tanto seco (llama incandescente,
horno,…) como húmedo, de mayor eficacia (autoclave). También son utilizadas las radiaciones electromagnéticas ionizantes y no ionizantes (microondas, rayos X, rayos gamma, luz ultravioleta, electrones,…) y en ciertos casos de esterilización de líquidos y gases, los filtros con poros calibrados que no permiten pasar los microorganismos.
- Químicos : mediante sustancias naturales o sintéticas con carácter desinfectante o
antiséptico, que pueden bien matar los microorganismos (efecto bactericida, viricida , fungicida ,…) o bien inhibir su crecimiento (efecto bacteriostático , viristático , fungistático ,…). Un caso especial son los antibióticos , de origen natural, fabricados por algunos microorganismos que resultan tóxicos para ciertas bacterias pero no para el huésped. Un caso especial de proceso físico es la pasteurización. No se trata realmente de un método de esterilización, ya que no elimina totalmente los microorganismos de un medio, sino que tan solo reduce su población. Esto permite que el tiempo de conservación de un alimento se alargue considerablemente sin que pierda necesariamente sus propiedades. Lo desarrolló Louis Pasteur, que lo utilizó para controlar el deterioro del vino. El proceso tal como él lo propuso consiste en aumentar la temperatura del alimento hasta los 72ºC durante sólo 15 segundos. Actualmente se utiliza mucho una derivación de ese método llamado sistema UHT que eleva la temperatura hasta los 135-150ºC durante sólo 1 a 3 segundos.
Los métodos de pasteurización son muy utilizados hoy en día para la conservación a largo plazo, sin la utilización de frío, de muchos alimentos, entre ellos los productos lácteos y derivados. El medio de cultivo, líquido o sólido (en este caso normalmente será el agar-agar , recuerda que es un polisacárido procedente de las algas rojas), deberá constar de una solución con los nutrientes que precisen los microorganismos: agua , una fuente de carbono , una de hidrógeno y una fuente de energía (en el caso de no ser fotosintéticos, en cuyo caso se expondrá a la luz). A continuación, será necesario sembrar el medio con un o unos pocos ejemplares del microorganismo en cuestión, extendiéndolo sobre el medio de cultivo. Suelen utilizarse para ello asas de siembra previamente esterilizados por calor. Posteriormente se tapará el recipiente (generalmente una placa de Petri) y se introducirá en una estufa de cultivo el tiempo necesario a la temperatura óptima de crecimiento de esa especie. El resultado será la formación de colonias homogéneas o cepas que habrán surgido sobre el medio de cultivo. Los cultivos microbianos cerrados , es decir aquellos a los que no se les añaden posteriormente más nutrientes más que los se incluyeron al principio del proceso, sufren un crecimiento en cuatro fases:
- Fase de latencia o adaptación : en la que no se observa un crecimiento significativo de la población al encontrarse en proceso de adaptación inicial.
- Fase de crecimiento exponencial : en la que el crecimiento es logarítmico muy rápidamente, una vez superada la adaptación.
- Fase estacionaria : en la que el crecimiento se estabiliza en un valor constante, debido a que los nutrientes presentes en el medio (como ya hemos dicho es cerrado) se comienzan a agotar. Al mismo tiempo se acumulan sustancias de desecho de los microorganismos en cantidades que comienzan a ser tóxicas para ellos mismos.
- Fase de muerte : en la que el número de ejemplares decrece rápidamente sin que haya reposición por el agotamiento total de los recursos y el envenenamiento del medio.
Su clasificación se puede realizar según diferentes criterios:
- Según el tipo de organismo al que infecta y parasita: virus animales, virus vegetales y bacteriófagos o fagos, que infectan a bacterias.
- Según el material genético que contienen: ADN-virus, con cadenas de ADN sencillas (bacteriófago M13,...) o dobles (adenovirus); ARN-virus, también con cadenas sencillas (virus de la rabia, gripe, VIH, y retrovirus en general,...), o con cadenas dobles (reovirus, picornavirus,...). El criterio de clasificación más extendido es el que atiende a la forma de la cápsida:
- Icosaédricos : con forma de poliedro de 20 caras, de aspecto casi esférico. Normalmente con ARN monocatenario. Son ejemplos el virus de la polio, de la hepatitis A, del resfriado común, ...). A veces poseen una envoltura de lipoproteínas con espículas glucoproteícas situadas hacia el exterior. Son ejemplos los retrovirus de ARN monocatenario.
- Helicoidales : en forma de bastón alargado que contiene el material genético en su interior, normalmente ARN monocatenario. En el exterior aparecen los capsómeros colocados formando un enrollamiento helicoidal. Son ejemplos el virus de la rabia, mosaico del tabaco,...
- Virus complejos : con una suma de las estructuras anteriores, es decir, una cabeza con forma de icosaedro, unido a una cola bastón helicoidal mediante un collar. Poseen una placa basal con espinas caudales y fibras de anclaje para anclarse en la célula huésped, en el extremo libre de la cola. Son ejemplos los virus bacteriófagos, el de la viruela,... En su forma extracelular los viriones no pueden replicarse, precisan de una célula huésped en la que, mediante la maquinaria replicativa y de expresión de los genes de esa célula, producen copias de su material genético y de las proteínas que componen su cápsida. Estos elementos son ensamblados en el interior de la célula y salen al exterior para infectar nuevas células. El ciclo replicativo de los virus puede seguir dos vías diferentes: Ciclo lítico : en el que los virus después de la infección producen rápidamente nuevos viriones, con la consiguiente lisis celular. El proceso tiene lugar en varias fases:
- Entrada del virus en la célula huésped : se produce en primer lugar una adsorción , en la que las espinas caudales o la envoltura membranosa del virus y la célula huésped entran en contacto físico. A continuación, tiene lugar la penetración , por la que el material genético vírico es inyectado al interior de la célula huésped, si se trata de un virus complejo, o bien es todo el virión el que penetra por endocitosis, al fusionarse la envoltura membranosa con la membrana celular. En ocasiones la penetración se produce directamente a través de poros membranales. De haberse producido la entrada del virión completo, con su cápsida, es preciso que se produzca en el interior la descapsidación , es decir, rotura y disolución en el citosol de las proteínas que la componen.
- Eclipse: tiene lugar la replicación del material genético y síntesis de las proteínas víricas, aunque no se detectan virus completos en el interior celular. Las proteínas de la cápsida siempre se sintetizan en el citosol, aprovechando la maquinaria de transcripción y traducción celular. La replicación del material genético tiene lugar en el citosol cuando la célula huésped es procarionte (bacteriófagos) o se trata de
ARN-virus. En el caso de los ADN-virus que infectan a células eucariontes, la replicación tiene lugar obviamente en el núcleo.
- Maduración y ensamblaje : una vez fabricados en la célula huésped los elementos que componen estructuralmente a los virus, se produce su ensamblaje.
- Liberación : posteriormente tiene lugar la liberación de los nuevos virus mediante la lisis celular. En ocasiones la liberación puede producirse lentamente mediante gemación. Es en este momento cuando los virus adquieren la envoltura membranosa que los recubrirá. Ciclo lisogénico : se produce en algunos bacteriófagos, en los llamados virus atenuados o atemperados, todos con ADN como material hereditario, como una alternativa al ciclo lítico visto antes. Tiene lugar la integración del ADN del virión en el ADN celular en forma de profago o provirus, que puede permanecer en forma latente durante mucho tiempo. Esto implica que cuando la célula se divida normalmente, lo hará con el ADN vírico incluido, por lo que todas las células obtenidas lo llevarán en su genoma y la infección se amplificará enormemente. Cuando algún factor externo hace salir de ese estado de latencia al profago, se pone fin a este estado y se produce la activación del profago, iniciándose un ciclo lítico. Son una excepción los retrovirus , que realizan un proceso diferente al descrito en los apartados anteriores. Recordemos que los retrovirus (VIH, gripe,...) son ARN-virus que contienen dos hebras iguales de ARN monocatenario. Estos virus contienen además la enzima retrotranscriptasa o transcriptasa inversa que se encarga de sintetizar ADN a partir de ARN. La descripción esquemática del ciclo de un retrovirus (y el del VIH en particular) es la siguiente:
Estos estudios llevaron a la hipótesis de la proteína sola que propone que la presencia de la proteína infecciosa o prión provoca un cambio estructural en las proteínas normales que están en contacto con ella, lo que las transforma en infecciosas. Esta transformación tiene un efecto acumulativo, es decir, se induce con más intensidad cuanto mayor es el número de unidades del prión presentes, o lo que es lo mismo, cuantas más copias del prión hay en el tejido infectado más rápido se desarrolla la enfermedad. Provocan un tipo de enfermedades gravísimas, normalmente mortales que se denominan genéricamente encefalopatías subagudas espongiformes transmisibles (TSEs). Entre estas, las más estudiadas son la encefalopatía espongiforme bovina (BSE) o “enfermedad de las vacas locas” que afecta a estos animales, la “tembladera bovina” o prurito lumbar o scrapie , que afecta a las ovejas, o la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (CJD) en humanos.
10.MICROORGANISMOS EN LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
En los ecosistemas, los microorganismos se encuentran en todos los niveles tróficos:
- Microorganismos productores : fotoautótrofos como cianobacterias y algas, y quimioautótrofos como por ejemplo bacterias oxidantes del azufre.
- Microorganismos descomponedores : heterótrofos que se alimentan de detritos orgánicos procedentes de otros seres vivos del ecosistema. Principalmente hongos y bacterias. Son muy importantes puesto que reciclan la materia orgánica a inorgánica.
- Microorganismos simbióticos : que viven asociados a otros seres vivos , como las bacterias Rhizobium (en los nódulos de las raíces de plantas leguminosas), los líquenes (alga y hongo) o las micorrizas (planta y hongo). En los ecosistemas la materia se mantiene prácticamente constante ya que los bioelementos circulan de forma cíclica por la biosfera, pasando de la forma inorgánica a la orgánica y viceversa constantemente en lo que constituye los ciclos biogeoquímicos. En estos ciclos los microorganismos tienen un papel muy importante que vamos a ver en este tema. Estate muy atento a la explicación de los esquemas de los ciclos que veremos en clase.
10.1. CICLO DEL CARBONO
Los principales acontecimientos que tienen lugar en este ciclo son los siguientes:
- Reducción del CO 2 : Los productores autótrofos incorporan el CO 2 en la materia orgánica mediante fotosíntesis oxigénica (cianobacterias y algas unicelulares) o anoxigénica (bacterias sulfurosas rojas y verdes), o mediante quimiosíntesis (bacterias quimiosisntéticas).
- Respiración: Oxidación del carbono orgánico generado nuevamente hasta CO 2 , mediante la respiración aerobia o anaerobia, por los propios organismos productores y por los consumidores, para obtener energía.
- Descomposición : Los organismos descomponedores (bacterias y hongos) utilizan el carbono orgánico de la materia orgánica en descomposición y excrementos y lo regeneran a su forma oxidada, es decir CO 2 , mediante la respiración aerobia o mediante fermentaciones.
10.2. CICLO DEL NITRÓGENO
El nitrógeno es fundamental en la composición de proteínas y ácidos nucleicos, y sin embargo, a pesar de ser el gas más abundante en la atmósfera (alrededor del 78%), es muy escaso en sus formas inorgánicas combinadas solubles en agua (nitratos, nitritos, amoniaco,…) a disposición de los autótrofos. Los acontecimientos de importancia que se producen en este ciclo son los siguientes:
- Fijación y amonificación (reducción) del nitrógeno : reducción del gas nitrógeno a ion amonio (amoniaco) por bacterias fijadoras del nitrógeno (Azotobacter, Cianobacterias, Bacillus, Clostridium, Rhizobium,…).
- Nitrificación : conversión, mediante bacterias aerobias, del amoniaco a nitritos (Nitrosomonas, Nitrosoccocus,…) y de nitritos a nitratos (Nitrobacter,…)
- Reducción fotosintética del nitrógeno : microorganismos autótrofos incorporan los nitratos a la materia orgánica en forma de aminoácidos.
- Amonificación : los compuestos orgánicos se degradan hasta amoniaco mediante bacterias amonificantes del género Bacillus.
- Desnitrificación : proceso de conversión, mediante respiración anaerobia, de los nitratos en gas nitrógeno, que se libera nuevamente a la atmósfera, mediante las bacterias desnitrificantes (Pseudomonas, Microccocus,…).
El pan se obtiene por la fermentación de una masa obtenida con harina, agua y sal mediante la levadura Saccharomyces cerevisae. La liberación de dióxido de carbono provoca que la masa se espoje al quedar atrapadas en ella las burbujas de CO 2. El alcohol producido se pierde en la cocción. El vino también se produce con la misma levadura, aunque en este caso son los azúcares presenten en el mosto de la uva los que son fermentados para producir la bebida alcohólica. La cerveza utiliza las semillas de cebada, previamente germinadas, para realizar el mismo proceso. Después de mezclarlo con lúpulo, se produce la fermentación por Saccharomyces cerevisae.
11.2. INDUSTRIA FARMACÉUTICA
Para la obtención de sustancias de interés médico y farmacológico a gran escala y con un menor coste económico:
- Antibióticos : para combatir infecciones bacterianas. Alexander Fleming descubrió la penicilina en 1929 a partir de cepas del hongo Penicillium. Posteriormente se han descubierto y desarrollado multitud de antibióticos similares. Algunos antibióticos se obtienen sin embargo a partir de bacterias, como el género Streptomyces, de las que se obtienen la estreptomicina, tetraciclina, eritromicina, cloranfenicol,…
- Vacunas : como medida preventiva ante algunas enfermedades infecciosas. Louis Pasteur en 1885 obtuvo la vacuna contra la rabia a partir de un cultivo del virus atenuado que produce la enfermedad. Hoy en día no se obtienen a partir de los microorganismos atenuados sino de las fracciones de estos que contienen las moléculas que son las realmente patogénicas, o vacunas recombinantes que reemplazan los microorganismos por las secuencias concretas del genoma que codifican para las proteínas que actúan como antígenos; si además en la misma vacuna introducimos diversos genes, conseguimos vacunas polivalentes que inmunizan contra más de u agente patógeno. Recuerda lo que sobre esto vimos en el tema sobre ingeniería genética.
- Sueros : como medida curativa ante enfermedades declaradas en individuos con el sistema inmune deprimido o alterado. Recuerda que los sueros consisten en un conjunto de anticuerpos procedente de personas sanas o de animales que se introducen en la persona enferma para reforzar su sistema inmune y que pueda responder ante una infección. Sobre esto hablaremos algo más en el tema de inmunología.
- Otras sustancias : como hormonas (insulina, hormona del crecimiento, hormonas esteroideas,…); factores de coagulación sanguínea , muy utilizados en el tratamiento de enfermedades como la hemofilia; enzimas, utilizadas en fármacos; vitaminas usadas como suplementos alimenticios, aminoácidos, para la industria alimentaria; etanol , como antiséptico y excipiente de medicamentos; etc,... En casi todos los casos se obtienen a partir de microorganismos manipulados mediante procedimientos de ingeniería genética.
11.3. INDUSTRIA AGROPECUARIA
Los sectores ganadero y agrícola se han visto enormemente beneficiados por el avance de la biotecnología. Algunas de sus utilidades son:
- Producción de proteínas microbianas como suplemento para piensos : el término proteína unicelular (PUC) se emplea para referirse a microorganismos tales como bacterias, levaduras, algas y hongos filamentosos, que son empleados para alimentación humana o animal, principalmente por su alto contenido en proteínas. A principios del siglo XX se comenzó a utilizar la levadura Saccharomyces cerevisae como suplemento proteico en alimentación humana. Actualmente se usa para el enriquecimiento proteico de piensos para alimentar el ganado, siendo los microorganismos utilizados más comúnmente bacterias como Methilomonas, Pseudomonas, Bacillu, Aerobacter,…; levaduras, como Candida utilis, Saccharomyces cerevisiae,…; hongos filamentosos como Gliocladium, Fusarium; y algas como Spirulina y Chlorella.
- Producción de insecticidas biológicos : como alternativa a los de origen químico convencionales, generalmente muy tóxicos por su mayor riesgo de incorporarse a los órganos vegetales y pasar así a los tejidos humanos. Es el caso de la bacteria Bacillus thuringiensis, que produce una proteína inocua para el ser humano pero muy tóxica para los insectos. Basta fumigar las plantas a proteger con esporas y células de esa bacteria para que al ser ingeridas por los insectos provoquen su muerte.
- Obtención de plantas y animales transgénicos : es decir organismos (OGM) con ADN foráneo procedente de otras especies, incorporado al suyo propio. Repasa el tema sobre ingeniería genética, donde ya hablamos sobre esto.
11.4. MEDIO AMBIENTE
La biodegradación es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y metabolización de compuestos orgánicos, llevado a cabo por microorganismos. Se basa en el principio de que todo compuesto sintetizado biológicamente puede ser descompuesto biológicamente. La biodegradación es un proceso natural que permite la eliminación de compuestos nocivos impidiendo su concentración. La descomposición puede llevarse a cabo en presencia de oxigeno (aeróbica) o en su ausencia (anaeróbica). Por extensión se consideran biodegradables las sustancias capaces de sufrir biodegradación. En este sentido son especialmente importantes los bioplásticos, sustancias producidas por algunas bacterias del género Azotobacter capaces de fabricar, como parte de su metabolismo, polímeros plásticos menos agresivos al ser biodegradables que los convencionales producidos a partir del petróleo. Como consecuencia de lo anterior, la biotecnología se aplica en varios aspectos relativos a la protección del medio ambiente:
- Biorremediación : es decir el uso de microorganismos en la lucha contra la contaminación, aprovechando la circunstancia de que algunos de ellos son capaces de captar muchas sustancias tóxicas contaminantes. Una vez captadas las sustancias perjudiciales, pueden realizar una detoxificación (transformar las sustancias tóxicas en otras inocuas, como la bacteria Pseudomonas, capaz de degradar hidrocarburos por lo que se utiliza en tareas de limpieza de depósitos de refinerías o buques petroleros y mareas negras por vertidos accidentales en el mar); degradación (transformar una sustancia perjudicial compleja en otras más sencillas inocuas, como los utilizados como filtros biológicos en el tratamiento de
