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T.16-17

MICROBIOLOGÍA

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1.- MICROORGANISMOS: CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN

CONCEPTO: Ser vivo que sólo puede visualizarse con microscopio.

- Organización: Formas CELULARES aisladas (o agrupaciones celulares), libres e independientes

Formas ACELULARES (virus, viroides y priones)

- Grupos: células procariotas (bacterias), eucariotas (algas, hongos y protozoos) y acelulares (virus)

1mm = 103 μm = 106 nm = 107 Å

1.1.- Características de los microorganismos:

Al ↓tamaño →↑relación superficie/volumen

(Gran superficie de contacto con su entorno → facilita intercambio de sustancias)

- ↑tasa metabólica: reacciones a gran velocidad

- ↑tasa nutritiva: Alteran rápidamente el medio (sustancias de desecho)

- ↑tasa de reproducción: Se multiplican rápidamente

2. CLASIFICACIÓN (Dominios)Las archeobacterias y las bacterias fueron las primeras en divergir

Los eucariotas surgieron posteriormente

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3. VIRUS

Formas acelulares microscópicas.

• COMPOSICIÓN. Ácido nucleico + proteínas (cápsula)

• FASES:

- Extracelular (Virión): Inertes

- Intracelular: Se desprende de la cápsida y se integra en el ácido nucleico de la célula huésped

Son parásitos intracelulares estrictos Se reproducen utilizando el material de la célula hospedadora

3.1. ESTRUCTURA VIRAL

• Ácido nucleico ARN o ADN; mono o bicatenario; circular o lineal; uno o varios fragmentos.

• Cápsida. Compuesta por capsómeros. (uno o varios tipos de proteínas).

- Tipos: Helicoidales, poliédricas o complejas (con estructuras adicionales: colas, espículas, …)

• Envoltura. Membranosa: bicapa lipídica (célula infectada) o proteínas codificadas (espículas → carácter antigénico)

• Enzimas en los viriones. Ej.- Neuraminidasas → degrada membrana hospedador

Lisozima → degrada pared bacteriana

Polimerasas y retrotranscriptasas

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3.2. CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS

• Según la cápsida.

- V. helicoidales:

- V. poliédricos:

- V. complejos:

• Según la envoltura.

- V. envueltos:

- V. desnudos:

- Según la célula hospedadora.

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3.3. CICLO VITAL DE UN VIRUS

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Mecanismo de liberación. Curva de crecimiento

• Viroides desnudos → Lisis

• Viroides envueltos → exocitosis o gemación

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3.4. MODALIDADES DE CICLO VÍRICO: LISIS Y LISOGENIA

• Ciclo lítico: Virus virulentos → Provocan la destrucción (lisis) de la célula hospedadora

• Ciclo lisogénico: Virus atenuados (No destruyen la célula → forma latente, inactiva: Profago)

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3.5. VIRUS PATÓGENOS Y APLICACIONES• VIRUS PATÓGENOS:

- Virus de la gripe.

- Herpervirus.

- Ébola.

- Sida.

- Hepatitis y papiloma → Cáncer

• APLICACIONES DE LOS VIRUS:

- Estudios de biología molecular (manipular funciones celulares)

- Biotecnología (Vectores: introducir genes)

- Viroterapia. (Vectores: tratar enfermedades. Se dirigen específicamente hasta células diana)

- Insecticidas biológicos.

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4.- OTRAS FORMAS ACELULARES: VIROIDES Y PRIONES

• VIROIDES: ARN monocatenario, circular y desnudo (carecen de cubierta proteica)

- Carecen de actividad ARN mensajero

- No contiene genes que codifiquen proteínas (para replicarse dependen del hospedador)

- Localización: Núcleo de células infectadas (se replican de forma autónoma mediante ARN polimerasas)

- Son patógenos vegetales exclusivos. Provocan enfermedades en la patata (tubérculo filiforme)

• PRIONES: Supramoléculas de glucoproteínas patológicas.

- Enfermedades: Encefalopatías espongiformes (En humanos: Kuru y enfermedad de Creutzfeldt-Jacob) o enfermedad de las vacas locas.

- Causa: Conversión de una glucoproteína normal del huésped (PrPc) en una forma infecciosa PrPsc

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5.- DOMINIO EUKARYA• 5.1. ProtozoosMicroorganismos eucariotas unicelulares heterótrofos sin pared celular.• Hábitat: vida libre en medios acuáticos o húmedos (algunos son parásitos, enfermedades en el hombre)• Nutrición: Materia orgánica en disolución por pinocitosis o en estado sólido por fagocitosis. • Locomoción: Predominan las formas móviles, mediante cilios, flagelos o pseudópodos.• Reproducción: Asexual (división binaria) y sexual (por conjugación). Pueden originar estructuras muy resistentes (quistes)→ Sobreviven en condiciones adversas.

GrupoLocomoción Hábitat Ejemplos

Flagelados Flagelos Aguas dulces Tripanosoma, enfermedad del sueño

Sarcodinos Seudópodos Aguas dulces y marinas Amebas y Foraminíferos

Ciliados Cilios Aguas dulces y marinas Paramecios. Tienen dos núcleos

Esporozoos Por contracciones ParásitosPlasmodium causa la malaria

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5.2. ALGAS UNICELULARESSon protoctistas, unicelulares o multicelulares, carecen de tejidos y autótrofos fotosintéticos.

- Hábitat: Medios acuáticos → fitoplancton. Realizan la mayor parte de la fotosíntesis del planeta

- Composición:

Todas tienen clorofila a (color verde puede estar enmascarado por otros pigmentos, carotenos)

Pared celular de celulosa (las más sencillas carecen de pared celular)

- Reproducción: asexual como sexualmente, presentando todo tipo de ciclos biológicos.

• GRUPOS:

- Algas verdes.

- Algas rojas.

- Diatomeas.

- Dinoflagelados.

- Euglenoides.

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5.3. HONGOSOrganismos eucariotas, con pared celular rígida formada por quitina (sin

celulosa), heterótrofos y con digestión externa que realizan mediante enzimas secretadas al medio

- Hábitat: Terrestres (aunque hay acuáticos)- Reproducción: por esporas asexuales, formadas en el extremo de hifas

especiales o conidios, o sexuales, con dos tipos, internas (ascosporas) y externas (basidiosporas).

GRUPOS:- Mohos: Hongos de pequeño tamaño, filamentosos y ramificados

(multicelulares). Constituidos por hifas (filamentos celulares) que forman el micelo (cuerpo vegetativo)Ej.- Penicillium crece sobre pan, fruta, queso, …

- Levaduras. Hongos unicelulares con reproducción asexual (gemación).Hábitat: Medios ricos en azúcares (flores y frutos) Importancia económica → género Saccharomyces →fermentaciones vino, cerveza y panEl género Cándida es una levadura patógena.

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6. DOMINIO BACTERIA: Eubacteria

• Microorganismos unicelulares procariotas adaptados a cualquier ambiente

Algunas forman colonias agrupadas en biofilms (cubierta polisacárida protectora → placa dental)

- Nutrición: Autótrofa (fotosintética o quimiosintética) o heterótrofa (saprófita, simbiótica o parásita)

- Morfología: Cocos, bacilos, espirilos, espiroquetas, vibrios, filamentosas o con apéndices.

- Ultraestructura: pared bacteriana, membrana celular, citoplasma, cápsula, fimbrias, pili y flagelos.

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Pared bacteriana

• Función: Da forma y rigidez a la célula. Protección a rotura osmótica.

• Composición: Peptidoglucanos (mureína)

• La pared bacteriana se reconoce mediante la tinción Gram permite distinguir dos tipos de paredes bacterianas:

- Bacterias Gram +: son bacterias con paredes anchas, formadas por gran cantidad de capas de peptidoglucanos (90%) unidos entre sí.

- Bacterias Gram -: son bacterias con paredes estrechas, con una capa de peptidoglucanos, (10%) rodeada de una bicapa lipídica muy permeable. Este tipo de bacterias son más resistentes a los antibióticos.

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Membrana celularEnvoltura que rodea al citoplasma.• Composición: Bicapa de fosfolípidos con gran cantidad de proteínas (80%). No contiene colesterol.• Estructura: Las bacterias G- →doble membrana:- Interna: con sistemas enzimáticos (permeabilidad selectiva, transporte de electrones, síntesis de ADN)- Externa: Lipopolisacáridos responsables de resistencia a agentes bactericidas.

Las G+ → sólo membrana interna. Vulnerables a sustancias químicas.

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Citoplasma o matriz citoplasmática

• Ribosomas 70s (subunidad pequeña de 30S y subunidad grande de 50S)• Inclusiones cristalinas, sustancias de reserva, gotas lipídicas, enzimas y otras proteínas.• Nucleoide Región densa no separada del resto del citoplasma por ninguna membrana. Contiene:Cromosoma bacterianoADN bicatenario y circular (asociado a proteínas no histónicas)PlásmidoADN extracromosómico circular presentes en algunas bacterias.(Replicación independiente)- Funciones: No contienen información esencial → Confieren ventajas al hospedador (ventaja selectiva)

Ej.- Resistencia a antibióticos u otras sustancias tóxicas para la célula.

- Nº de copias: Desde 1 (plásmidos monocopia o grandes) hasta + 40 (plásmidos multicopia o pequeños)- Tipos de plásmidos:

Episomas: Se replican integrados reversiblemente en el cromosoma bacteriano.Conjugativos: Forman los pili sexuales (Transfiere copias a otras bacterias)

- Factor R (resistencia) a antibióticos Genes que destruyen antibióticos- Factor F (fertilidad) Genes de unión celular y transferencia de información entre bacterias.

No conjugativos: No pueden ser transferidos por conjugación.

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Componentes externos a la pared

• A) CÁPSULA

- Composición: polisacáridos, polialcoholes y aminoazúcares

- Funciones: a) Resistencia a la desecación, b) Resistencia al ataque de células fagocíticas y anticuerpos del sistema inmune; c) Fijación a células hospedadoras.

• B) FIMBRIAS, PILI SEXUALES, FLAGELOS

- Fimbrias: filamentos huecos, delgados, rectos y cortos, compuestos por fimbrina

Función: adherencia a sustratos.

- Pili sexuales: semejantes a fimbrias pero más largos y anchos. Uno o dos por célula

Función: intercambio de fragmentos de ADN en la conjugación.

- Flagelos: apéndices largos y finos formados por flagelina. Unidos a la base por el corpúsculo basal

Función: Desplazamiento.

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6.3.- CIANOBACTERIAS

• Únicos procariotas capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica

ESTRUCTURA: Membrana externa y pared de peptidoglucanos (= que G-)

- Internamente: sistema laminal de membranas con PSI, PSII, clorofila a y ficobilinas

- Algunas fijan N2 atmosférico mediante células diferenciadas o heterocistes

BIOLOGÍA:

- Nutrición: Autótrofa

- No presentan movimiento (pueden flotar mediante vesículas de gas)

- Reproducción: fisión binaria, gemación, fragmentación y fisión múltiple.

ECOLOGÍA:

- Viven aisladas o formando colonias en todos los ambientes (suelo y agua)

- Las colonias depositan carbonato cálcico. Su acúmulo forma estromatolitos.

- Algunas en simbiosis con plantas (Importancia en agricultura → fija N2 para la planta)

- Algunas producen toxinas.

- Posiblemente fueron los primeros organismos fotosintéticos (transformaron atmósfera en oxidante)

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7.- DOMINIO ARCHAEA: ArqueobacteriasMicroorganismos procariotas menos evolucionados.

• CARACTERÍSTICAS:

- Carecen de núcleo.

- No presentan fosfolípidos en la mb (algunos monocapa lipídica).

- No presentan peptidoglucanos en la pared (pseudomureína)

- Adaptados a hábitats extremos (extremófilos): Presentan extremoenzimas.

Termófilos: elevadas Tº

Psicrófilos: bajas Tº

Acidófilos: medio ácido.

Alcalófilos: suelos básicos

Halófilos: ambientes salinos.

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1.- FISIOLOGÍA DE LAS BACTERIAS

• 1.1. RELACIÓN: responden a distintos estímulos (Fototactismo, quimiotactismo, magnetotactismo, …)

generalmente mediante desplazamientos (taxis): flagelos, deslizamiento, …

• Las bacterias G+ forman esporas (endosporas) → Protegen el ADN. Germinan en condiciones favorables.

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1.2. REPRODUCCIÓN BACTERIANA

• Se reproducen ASEXUALMENTE por bipartición o división binaria.

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Genética bacteriana: Transferencia horizontal

• Intercambio de información genética (fragmentos de ADN) con otras bacterias

Pueden ser o no de la misma especie.

Mecanismos:

• CONJUGACIÓN

Bacteria donadora (F+) transmite ADN, a través de fimbrias, a otra bacteria receptora (F-).

Tipos de bacterias donadoras:

a) Bacterias F+ : poseen plásmidos (episomas o factores F) no integrados en el cromosoma.

b) Bacterias Hfr : poseen plásmidos integrados en el cromosoma (Episomas)

• TRANSFORMACIÓN

Introducción de fragmentos de ADN libres en el medio procedentes de la lisis de otras bacterias.

Ej.- Cepas bacterianas no virulentas (cepas R) en virulentas (cepas S)

• TRANSDUCCIÓN

Agente transmisor (bacteriófago) que transporta fragmentos de ADN procedentes de la última bacteria parasitada.

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1.3. FUNCIONES DE NUTRICIÓN

• Dependiendo de fuente de Energía y fuente de Carbono:

- Fotoautótrofas: Fuente de E (Luz); Fuente de C (CO2) Ej.- Cianobacterias.- Fotoheterótrofas: Fuente de E (Luz);Fuente de C (mat org) Ej.- Bacterias rojas y verdes- Quimioautotrofas: Fuente de E (reacc quim); Fuente de C (CO2) Ej.- Bacterias del N, S, H- Quimioheterotrofas: Fuente de E (reacc quim); Fuente de C (mat org) Ej.- Mayoría de bacterias

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Bacterias quimiosintéticas: Reacciones

Obtienen E de la oxidación de materia inorgánica (donadores de electrones)

• Bacterias del hidrógeno y del metano:

H2 + ½ O2 → H2O + E

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + E

• Bacterias nitrificantes: Etapas : Amoníaco → Nitritos → Nitratos

- Nitrosomonas: 2 NH4 + 3 O2 → 2 NO2 + 4 H + 2 H2O + E

- Nitrobacter: NO2 + ½ O2 → NO3 + E

• Bacterias del azufre:

H2S + 2 O2 → SO4 + 2 H + E

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2.- CRECIMIENTO MICROBIANO

Incremento del nº de células de una población (exponencial)

• 2.1. REQUISITOS:

- Físicos: Tº, pH, presión osmótica

- Químicos: C, N, S, P, O, oligoelementos, …

• 2.2. CULTIVO DE MICROORGANISMOS

Método para multiplicación de microorganismos.

Esterilizar (calor) previo a inocular.

(Inóculo: Microorganismo introducido en cultivo)

• Tipos de medios de cultivo:

Sintéticos: con compuestos químicos definidos.

Complejos: con sustancias naturales (extracto de carne, infusiones de heno, …)

Líquidos (tubo de ensayo) y semisólidos con agar (placa de Petri)

• 2.3. OBTENCIÓN DE CULTIVOS PUROS: Contiene un solo tipo de microorganismo.

En la naturaleza → los microorganismos no se encuentran aislados sino asociados a otros

En placa Petri → Cada colonia procede de 1 solo tipo de microorganismo o

Proporcionando nutrientes y ambiente adecuado al microorganismo en concreto

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2.4. Fases del crecimiento microbiano (División)

• FASES:

Latencia → Período entre inoculación del microorganismo y el comienzo del crecimiento

Exponencial → Crecimiento hasta el máximo posible (dependiendo de las condiciones de cultivo)

Estacionaria → En cultivos cerrados donde no se suministra más nutrientes que los iniciales ni se eliminan tóxicos producidos →cesa el crecimiento (falta de nutrientes, acumulación tóxicos por metabolismo,…)

De muerte → Las células dejan de metabolizar y mueren (decrece la población)

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3.- ECOLOGÍA MICROBIANARama de la ecología que estudia a los microorganismos en su ambiente natural.

Niveles tróficos:

Productores: Algas, cianobacterias, quimioautótrofos

Consumidores: Protozoos, bact heterótrofas

Descomponedores: Hongos y bact quimioheterótrofas

• 3.1. Los microorganismos en la naturaleza. Hábitats:

Atmósfera → Se encuentran temporalmente (medio de dispersión)

Hidrosfera

- Superficie → Fitoplancton (algas y cianobacterias) y zooplancton

- Profundidad → Arqueobacterias (extremófilas)

- En condiciones anaerobias → bacterias anoxigénicas y quimiosintéticas

Suelo →↓ en profundidad (fertilizan el suelo)

En organismos superiores → Interior (medio idóneo) o en piel

3.2. Ciclos biogeoquímicos• Procesos de transformación de los elementos químicos por la actividad de los seres vivos, y su

intercambio en el ambiente

• Tipos: C, N, S

Ciclo del carbono

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• Ciclo del nitrógeno

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Ciclo del azufre

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3.3. SimbiosisSIMBIOSIS: Asociación física de 2 o más organismos diferentes.

Tipos:

• Líquenes: Asociación de hongos con algas verdes o cianobacterias

• Simbiosis con plantas:

Micorrizas (hongos en raices de plantas)

Leguminosas (bacterias Rhizobium)

• Simbiosis con animales:

Bacterias, hongos y protozoos en estómago rumiantes

Protozoos en xilófagos y herbívoros

Tracto digestivo en humanos

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3.4. PATOGENICIDAD (Pathos = Enfermedad)Patogenicidad →Capacidad de causar enfermedades (Patógenos →Microorganismos capaces de ocasionar enfermedades)

Especificidad huésped-patógeno

- VIRULENCIA: Grado de patogenicidad.

• Mecanismo de la patogenicidad:

- Entrada. Piel, mucosas, vía parental (picaduras, …)

- Adherencia. Unión a célula huésped → fijación de adhesinas bacteria a receptores de célula huéspd

- Supervivencia. Presencia de cápsula, proteínas resistentes a fagocitosis y exoenzimas bacterianos.

- Daño producido. Utilización de nutrientes del huésped (Fe), daño directo (destruye al huésped) o toxinas (Proteínas que actúan como veneno Exotoxinas (G+); Endotoxina (Pared celular de G-)

- Transmisibilidad. Supervivencia del patógeno. Por contacto, vehículos (agua, aire) o vectores (mosquito)

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3.5 Algunas enfermedades causadas por microorganismos

• nmn

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4.- MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL Y BIOTECNOLOGÍA

Cultivo de microorganismos a gran escala para realizar transformaciones químicaso para obtener productos comerciales

Se han utilizado estas técnicas desde la antigüedad. Pan, vino, etc.

4.1. Microorganismos y procesos microbianos.

Requisitos para poder utilizar un microorganismo en la industria:

-Producir sustancias de interés en poco tiempo.

-Fácil manejo de los cultivos.

-Genéticamente estables.

-Rápido crecimiento.

-Aptos para la manipulación genética

Ej.- Bacterias, mohos y levaduras

Técnicas microbiológicas:

métodos de esterilización

asepsia

medios de cultivo: fermentadores

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4.2. Microorganismos en industria farmacéutica

Obtención de antibióticos: Sustancias elaboradas por microorganismos que inhiben o matan el crecimiento de otros organismos

Microorganismo productor → Hongos filamentosos (Penicillum y Aspergillus)

Bacterias actinomicetos (Streptomyces)

Obtención de vacunas: Preparado de organismos patógenos muertos o atenuados que inducen inmunidad frente al patógeno activo

Obtención de esteroides: Por bioconversión Los microorganismos convierten los esteroles (precursores) en esteroides (cortisona, estrógenos, progesterona)

4.3. Microorganismos y la industria alimentaria

• Usos industriales de levaduras

Microorganismo más utilizado → Levadura Saccharomyces cerevisiae (actualmente seleccionada y mejorada) => Fermentación alcohólica

Usos: Producción de alcohol y bebidas alcohólicas (cerveza, vino, licores)

Fabricación del pan

• Producción de vino

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Elaboración del pan

Fabricación de vinagre

Fermentación acética: Acetobacter y Gluconobacter.

Fermentación alcohólica: Saccharomyces cerevisiae

Usos industriales de las bacterias del ácido láctico

• Bacterias localizadas de forma natural en la leche (varían pH → precipitan proteínas)

• Fermentación láctica: Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus lactis

Fabricación de quesoSe puede añadir enzima renina o cuajo (se extrae del cuajar o última cavidad estómago terneras)

El suero se retira

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5.- BIORREMEDIACIÓN• Actualmente ↑ contaminantes y compuestos no biodegradables

• Empleo de microorganismos para eliminar contaminantes

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