Utlidades y perjuicios de los microoganismos, fermentaciones, enfermedades, biocombustibles

1. Los microorganismos en la biosfera Tema 19

2. Importancia de los microorganismos Viven en todos los ecosistemas Gran diversidad metabólica Tamaño pequeño que confiere ventajas fisiológicas Relación con el medio en el que viven Son una fuente de alimento para organismos superiores Importante papel en los procesos de descomposición de rocas Participación en la formación de combustibles fósiles Descomponedores de materia orgánica Establecen relaciones con otros seres vivos (tanto beneficiosas como nocivas)

3. Beneficios de los microorganismos Protozoos flagelados: Degradación de celulosa y lignina en el intestino de insectos xilófagos. Bacterias del intestino de rumiantes. Degradación de la celulosa por fermentación. Asociación de algas y hongos: Líquenes Transformaciones en el ciclo de la materia Fuente de alimentos, bebidas, antibióticos y enzimas Ayudan al control de la contaminación Fabricación de sustancias médicas de interés mediante ingeniería genética

4. Ciclos de la materia: el carbono

5. Ciclos de la materia: el azufre

6. Ciclos de la materia: el nitrógeno

7. Ciclos de la materia: el fósforo

8. Ciclos de la materia: el hierro El ciclo de este elemento está asociado a la conversión entre sus formas Fe2+ más solubles que las Fe3+. Los microorganismos que oxidan hierro (quimiolitotrofos) producen cambios en la accesibilización del elemento a otros miembros del ecosistema.

9. Microorganismos y salud Muchos microorganismos son comensales o simbiontes de otros seres vivos. En ocasiones pueden pasar a ser predadores o parásitos. Cuando infectan a otros organismos causándoles problemas se les llama microorganismos patógenos. Los microorganismos inocuos pero que pueden convertirse en patógenos cuando cambian las condiciones del medio se llaman oportunistas: EspecialistasSon microbios que viven generalmente a cuenta de un hospedador. Suelen ser específicos de una especie o de especies próximas. Algunos tienen ciclos en especies diferentes que mantienen entre ellas relaciones tróficas lo que facilita su propagación. Los patógenos pueden ser: Generalistas: Son microbios normalmente saprófitos que infectan a otros organismos debilitados o si penetran en grandes cantidades

10. Invasión de un ser vivo por microorganismos patógenos INFECCIÓN Puede producir una enfermedad (no siempre) Patogenicidad o virulencia del microorganismo Susceptibilidad del huésped Depende de: Factores ambientales Equilibrio con la flora bacteriana autoctona

12. Penetración Una vez adherido, el microorganismo puede liberar toxinas o penetrar en el tejido y diseminarse por distintas zonas.

13. Reproducción. Una vez ha entrado el microorganismo se multiplica. En general todas las infecciones pasan por tres etapas: Periodo de incubación. Tiempo comprendido entre la entrada del agente hasta la aparición de sus primeros síntomas. Aquí el patógeno se puede multiplicar y repartirse por sus zonas de ataque. Varia el tiempo dependiendo de la enfermedad. Periodo de desarrollo. Aparecen los síntomas característicos. Convalecencia. Se vence a la enfermedad y el organismo se recupera.

14. Toxinas Sustancias venenosas de bajo peso molecular producidas generalmente por bacterias, que causan daño en el organismo en el que se encuentran. Exotoxinas: proteínas liberadas al medio extracelular. Entre estas destacan las enterotoxinas que producen infecciones alimentarias. Ej. Toxina botulínica. Endotoxinas: lipopolisacáridos que forman parte de la pared bacteriana y por tanto permanecen unidas al microorganismo.

16. endotoxinas exotoxinas Lipido A Muerte bacteriana y liberación de endotoxinas liberación de exotoxinas

17. Agentes patógenos Robert Koch (1843-1910) fue uno de los más importantes bacteriólogos de todos los tiemposDescubrioel bacilo de la tuberculosis y el bacilo del cólera y es considerado el fundador de la bacteriología. Trabajó en el aislamiento de agentes infecciosos y reinfecciones a partir de cultivos puros, experiencias a partir de las cuales estableció los “Postulados de Koch”. 1- El agente debe estar presente en cada caso de la enfermedad y ausente en los sanos. 2- El agente no debe aparecer en otras enfermedades. 3- El agente ha de ser aislado en un cultivo puro a partir de las lesiones de la enfermedad. 4- El agente ha de provocar la enfermedad en un animal susceptible de ser inoculado. 5- El agente ha de ser aislado de nuevo en las lesiones de los animales en experimentación. Bacilo de koch

18. Términos de epidemiología

19. Infecciones bacterianas

21. Candidiasis

22. Cromomicosis

23. Dermatofitosis

24. Esporotricosis

25. Histoplasmosis

26. Otomicosis

27. Pitiriasis versicolor

28. Queratomicosis

30. Malaria

31. Criptosporidiosis

32. Toxoplasmosis

34. Infecciones víricas

37. Fermentación oxidativa.- Se inyecta aire, es una oxidación incompletaPrincipales procesos de fermentación

38. La fermentación acética La fermentación acética es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es considerado uno de los fallos del vino.

39. La fermentación alcohólica Mediante este tipo de proceso se forman productos como vino, pan o cerveza. Producción de vino SaccharomycesCerevisiae

40. Producción de cava y champan Se sigue el llamado méthodechampenoise, en el que se hace una primera fermentación alcohólica igual que en el vino, y una segunda fermentación en botella tras la adición de azucares. El CO2 generado en esta segunda fermentación es el origen de las burbujas del cava

41. Producción de cerveza Se obtiene a partir de la fermentación de granos germinados de cereales (cebada, arroz o maíz. Esto es lo que se llama malteado (se generan amilasas que convierten el almidón en glucosa).

42. Producción de pan Se obtiene de la fermentación de una masa formada por harina de cereales, agua, sal y levaduras. Una vez fermentada, la masa se mete en un horno El CO2 queda atrapado en la masa cocida, formando las burbujas que se ven en la miga del pan. El etanol formado, se volatiliza en la cocción.

43. La fermentación láctica La leche se convierte en ácido láctico por la acción de bacterias de los géneros Lactobacillus, Streptococcus o Leuconostoc. Como resultado de la formación del ácido, baja el pH, y las proteínas se desnaturalizan y precipitan formando la cuajada, a partir de la que se elaboran los diferentes productos lácteos: queso, yogur, kefir…

44. Producción de queso La cuajada sufre una nueva fermentación a cargo de bacterias y hongos que hidrolizan las proteínas hasta dar primero aminoácidos y luego aminas, ácidos grasos y amoniaco. Producción de mantequilla Los Streptococcus de la leche la agrian, generando la nata, a partir de la cual se genera la mantequilla Producción de yogur La fermentación de la lactosa (el azúcar de la leche) en ácido láctico mediante bacterias. El incremento de ácidez evita la proliferación de bacterias patógenas

45. Industria farmacéutica El producto más importante que generan los microorganismos en relación a la industria farmacéutica son los antibióticos. En biología, un antibiótico es una sustancia química que a bajas concentraciones mata o impide el crecimiento de ciertas clases de microorganismos sensibles. Normalmente un antibiótico es inofensivo para el huésped, aunque puede producirse una reacción adversa al medicamento o afectar a la flora bacteriana normal del organismo. Se espera que la toxicidad de los antibióticos sea superior para los organismos invasores que para los animales o los seres humanos que los hospedan

47. Su producción ha aumentado mucho con los métodos de ingeniería genética.

48. Se generan en medios baratos y en condiciones aerobias.Tipos de enzimas: Proteasas: Industria limpieza (detergentes) Amilasas y glucoamilasas: Fabricación de edulcorantes para la industria alimentaria y tratamientos anticancerosos (dihidrofolatoreductasa).

49. Identificación y aislamiento de GENES TERAPÉUTICOS Obtención de ORGANISMOS TRANSGÉNICOS implica para Ingeniería genética microbiana Consiste en introducir genes de interés en bacterias, cultivarlas a gran escala, obtener la proteína correspondiente y purificarla. También se pueden obtener de esta forma organismos transgénicos. Ingeniería genética Extración del ARNm Producción de medicamentos Traducción y obtención de la proteína Conseguir órganos para trasplante Estudio de la posible solución terapéutica

50. Como fuente de alimentos No son tóxicos para el ser humano o los animales

51. Microorganismos y medio ambiente Pseudomonas Proceso que utiliza microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. Es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y metabolización de un compuesto orgánico llevado a cabo por bacterias, hongos, protozoos y otros organismos

52. Biodegradación del petróleo La biodegradación microbiana del petróleo es un proceso complejo que consiste en transformarlo en otros compuestos más solubles e inestables. Esta se lleva a cabo por acción de monooxigenasas y dioxigenasas, enzimas que oxidan a los hidrocarburos con incorporación directa de oxígeno molecular. Cada una de estas enzimas controla un paso de las vías metabólicas, por las cuales las sustancias tóxicas son transformadas en productos no tóxicos. La inoculación directa de microorganismos degradadores de petróleo, principalmente bacterias, ha sido estudiada como una vía para disminuir las consecuencias nocivas de un derrame.

53. En los procesos de biorremediación se necesita la adición de fertilizantes (N, P, Fe) que equilibren el exceso de carbono aportado al medio por el petróleo, facilitando su degradación por la microbiotapetroleolítica. Dicha microbiota puede limitarse a la que coloniza espontáneamente el espacio afectado, o reforzarse con siembras procedentes de cultivos masivos preparados ad hoc con recursos muy simples. A su vez, el refuerzo puede contener únicamente especies autóctonas o incluir alóctonas que cumplan las siguientes restricciones: no modificadas genéticamente no fotosintéticas no parásitas no productoras de esporas u otras formas de resistencia.

54. Tratamiento de aguas residuales Restos de comida, pesticidas, abonos, plasticos Metales, lodos y arcillas… En las plantas depuradoras ( E.D.A.R.) se realiza el proceso de separación de estos compuestos y posteriormente, a través de distintos tratamientos en los que participan los microorganismos se van eliminando hasta devolverla al medio en unas condiciones aceptables.

55. Esquema EDAR

56. Agua residual Desbaste Desarenado desengrasado Depósitos de laminación Decantación primaria Digestión Tratamiento secundario: Fangos activos o lechos bacterianos Fangos Espesamiento Deshidratación Metano Al vertedero, incineradora, compostaje Decantación secundaria Producción de energía Tratamiento de afino filtración, desinfección Receptor natural

57. Fermentación de la materia orgánica en una E.D.A.R.

60. Zooglearamigera Methanosarcina Aeromonas Syntrophomonas Syntrophobacter Methanococcus

62. El agua una vez eliminada la materia orgánica en los tanques, se somete a una potabilización antes de verterla de nuevo al río. Es importante la eliminación de compuestos inorgánicos (nutrientes de las algas) para evitar la eutrofización del medio natural donde se vierten las aguas. Para medir la materia orgánica presente en el agua se mide la DBO (demanda biológica de oxígeno). Materia orgánica Cantidad de oxígeno necesaria para degradarla + Una EDAR puede reducir la DBO inicial del agua en un 90%

63. Microorganismos y minería Biolixiviación es el conjunto de reacciones químicas que tienen como resultado la disolución de minerales de baja ley o casi agotados por parte de bacterias para obtener la energía que necesitan a expensas de sustancias inorgánicas, liberando de paso metales de interés comercial. Estos microorganismos son denominados quimiolitoautotróficos por ser bacterias que comen piedras, destacándose entre todos ellos el Thiobacillusferrooxidans En el caso de la extracción de petróleo, se utilizan polisacaridos de origen bacteriano (de Xantomonas), que inyectados junto con agua a presión permiten obtener los restos de petróleo (petróleo cautivo) de un yacimiento.

64. Las bacterias son capaces de oxidar entre otros, los siguientes sulfuros: Pirita (FeS2), Calcopirita (CuFeS2), Cobaltita (CoAsS), Bravoita (Ni,Fe)S2, Antimonita (Sb2S3), Molibdenita (MoS2), Esfalerita (ZnS), Galena (PbS) Leptospirillumferrooxidans Sulfobacillus

65. Microorganismos y biocarburantes

66. El Biodiesel es un combustible liquido que se obtiene a partir de materias primas renovables, como aceites y grasas vegetales y/o aceites de fritura usados, y es asimilable al gasóleo de automoción de origen fósil (petróleo). Los aceites vegetales que se utilizan suelen ser la soja, la colza, la palma y el girasol. El proceso de fabricación es una esterificación que consiste en combinar el aceite (normalmente aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente metanol. Los ésteres obtenidos son equivalentes al gasóleo y deja como residuo de valor añadido propanotriol (glicerina) que puede ser aprovechada por la industria cosmética, entre otras.

67. Ventajas El biodiésel disminuye de forma notable las principales emisiones de los vehículos, como son el monóxido de carbono y los hidrocarburos volátiles, en el caso de los motores de gasolina, y las partículas, en el de los motores diésel. La producción de biodiésel supone una alternativa de uso del suelo que evita los fenómenos de erosión y desertificación a los que pueden quedar expuestas aquellas tierras agrícolas que, por razones de mercado, están siendo abandonadas por los agricultores. El biodiésel supone un ahorro de entre un 25% a un 80% de las emisiones de CO2 producidas por los combustibles derivados del petróleo, constituyendo así un elemento importante para disminuir los gases invernadero producidos por el transporte. No tiene compuestos de azufre por lo que no los elimina como gases de combustión.

69. Tiene una menor capacidad energética, aproximadamente un 3% menos, aunque esto, en la práctica, no es tan notorio ya que es compensado con el mayor índice cetano, lo que produce una combustión más completa con menor compresión.

71. Bioetanol El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que se encuentran en los productos vegetales, tales como cereales, remolacha, caña de azúcar, sorgo o biomasa. Estos azúcares deben ser primero hidrólizados y luego se someten a una fermentación (bacterias y levaduras). En este proceso se obtiene el alcohol hidratado, con un contenido aproximado del 5% de agua, que tras ser deshidratado se puede utilizar como combustible. El bioetanol mezclado con la gasolina produce un biocombustible de alto poder energético con características muy similares a la gasolina pero con una importante reducción de las emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión. Las ventajas e inconvenientes de este biocombustible son similares al caso del biodiésel.

72. Maíz Trigo Cebada Sorgo Madera Residuos de podas RSU Remolacha Caña de azúcar Melaza Hidrólisis Hidrólisis Almidones Celulosas Azúcares Fermentación, Destilación Etanol hidratado Deshidratación Etanol