18 .LOS MICROORGANISMOS Y LA BIOTECNOLOGÍA.1.CONCEPTO DE MICROORGANISMO.Los microorganismos son organismos de pequeño tamaño,observables únicamente con la ayuda del microscopio.También podemos definirlos como un grupo diverso y complejo de seres vivos,que a diferencia de los organismos superiores pluricelulares,pueden llevar a cabo todos los procesos vitales de crecimiento,reproducción y relación,bien como células individuales o formando simples agrupaciones.

2.TIPOS DE MICROORGANISMOS Y CLASIFICACION.Desde el punto de vista taxonómico,podemos clasificar los microorganismos en:

1. Virus.Son estructuras acelulares sencillas que se comportan como parásitos celulares obligados y solo son visibles al microscopio electrónico (SIDA).

2. Bacterias.Utilizamos este término para designar a aquellos microorganismos con organización procariótica y pertenecientes al reino monera,que además tienen nutrición autótrofa y heterótrofa (Escherichia coli).

3. Algas microscópicas.Estos microorganismos presentan una organización celular de tipo eucariótica y cuentan con cloroplastos y pared celular.Pertenecen al reino protoctista y su nutrición es autótrofa (Diatomeas).

4. Protozoos.Estos microorganismos también presentan organización celular eucariótica,aunque no cuentan con pared celular.Pertenecen al reino protoctista y su nutrición es heterótrofa (Paramecium).

5. Hongos.Estos microorganismos tienen organización celular eucariótica y cuentan con pared celular.Pertenecen al reino Fungi y cuentan con nutrición heterótrofa.

3.VIRUS.Todos los virus son organismos acelulares,pues están constituidos únicamente por un fragmento de ácido nucleico rodeado por una cubierta proteica.Aunque poseen algunos enzimas,carecen de metabolismo propio.

Presentan su propia información genética en forma de DNA o RNA y son capaces de replicarse,aunque para ello precisan la maquinaria metabólica de la célula hospedadora.Los virus son,parásitos intracelulares obligados,que alternan una fase extracelular inerte y una fase intracelular activa.

Estructura y composición de los virus.

Las partículas víricas o viriones,están constituidas por un fragmento de ácido nucleico encerrado en una cápsula proteica o cápsida.Algunos virus presentan envoltura membranosa,compuesta por una bicapa lipídica procedente de la célula hospedadora.Estos virus se denominan envueltos,en contraposición a los virus desnudos que carecen de envoltura membranosa.

El ácido nucleico de los virus puede ser DNA o RNA,tanto mono como bicatenarios.En la mayor parte de los virus,la información genética puede encontrarse en una única molécula lineal o circular o bien en distintos fragmentos.

Ciclo vital de los virus.

En su interacción con la célula hosedadora,los virus pueden presentar dos tipos de ciclos:uno lítico o virulento ,y otro no virulento o lisogénico.

1. Ciclo lítico.

Es el ciclo habitual en la mayor parte de virus,el ciclo tiene lugar cuando el virión penetra en una célula hospedadora y utiliza la maquinaria replicativa de la misma para producir nuevas partículas víricas.

Etapas:

Adsorción.Comienza cuando el virus entra en contacto con la membrana de la célula hospedadora y una proteína de la cubierta del virus se une a un receptor específico de la membrana celular.

Penetración.Existen varios mecanismos por el que el virus entra en la célula.Los bacteriófagos y ciertos virus animales penetran por inyección.Mediante endocitosis,el virus es englobado en una

invaginación de la membrana y se libera al citoplasma.Los virus envueltos entran por fusión de ambas membranas.

Multiplicación.Una vez liberado el ácido nucleico se produce la replicación de los componentes virales,para lo que el virus utiliza la maquinaria biosintética de la célula hospedadora y los enzimas codificados por el propio genoma vírico(RNA polimerasas virales).En este proceso se produce la síntesis de proteínas víricas en el citoplasma de la célula hospedadora y la replicación del ácido nucleico vírico.

Los retrovirus,como el VIH,poseen dos copias idénticas de RNA monocatenario,que se replican a través de una forma intermedia de DNA bicatenario.Este proceso lo lleva a cabo un enzima especial,la transcriptasa inversa que dirige la síntesis de DNA a partir de RNA.

Ensamblaje.Las proteínas y el ácido nucleico vírico recién sintetizados se ensamblan para formar las nuevas partículas víricas.

Liberación.Cuando el ciclo de multiplicación termina,los nuevos viriones salen de la célula,bien provocando la lisis o lentamente por gemación.Los virus envueltos adquieren su membrana a partir de la membrana de la célula hospedadora y se liberan por gemación.

2. Ciclo lisogénico.

La mayor parte de los virus bacterianos son virulentos,o sea,siguen un ciclo lítico.Por el contrario,los virus atemperados,como el fago lambda,pueden incorporar también su ácido nucleico al genoma del hospedador replicándose con él sin que se produzca la síntesis de los componentes virales ni la liberación de la progenie viral.Solo ciertos agentes inductores,(físicos o químicos)provocan la liberación del ácido nucleico del virus,que seguirán entonces un ciclo lítico.Las cepas bacterianas que incorporan el virus en estado profago se denominan lisogénicas.

4.VIRUS DEL SIDA.El SIDA (síndrome de la inmunodeficiencia adquirida),es una enfermedad cuyos primeros casos fueron descritos en EE.UU en 1981,desde entonces se ha convertido en una pandemia que se extiende por el mundo.

En 1983,LUC MONTAGNER,aisló un retrovirus al que se le denominó virus de la inmunodeficiencia humana o VIH,que era el responsable dela enfermedad.Presenta cuatro manifestaciones patológicas:

Deficiencia inmunitaria,porque ataca especialmente a las células del sistema inmunitario(linfocitos T y macrófagos).

Tumores como el linfoma o el sarcoma de Kaposi. Enflaquecimiento debido a la pérdida de grasa y musculatura. Nueropatías,porque el SIDA afecta al sistema nervioso.

La transmisión del virus se realiza principalmente por vía sexual,sanguínea o de una madre afectada al feto.El responsable de la enfermedad es un retrovirus,es decir,un virus con RNA monocatenario envuelto que se replica mediante un intermediario de DNA bicatenario.

El ciclo de infección se puede resumir en:

Adsorción.En la envuelta del virus existe una proteína con alta afinidad por receptores de membrana de los linfocitos T y macrófagos del sistema inmune.Por lo que se une a ellos.

Penetración.Al ser un virus envuelto,la cápsida entra por fusión de ambas membranas vírica y celular.Una vez dentro de la célula el RNA se libera y se dirige al núcleo de la célula hospedadora.La transcriptasa inversa se encarga de producir una copia de DNA bicatenario,que se integra en el genoma de la célula como un provirus.

Multiplicación.Los provirus integrados se transmiten de generación en generación en cada división de la célula afectada.Por otro lado,el DNA se transcribe por un lado en los RNAm que formarán las cápsidas y enzimas,y por otro en las cadenas de RNA de los nuevos virus.

Ensamblaje.En el citoplasma,los componentes víricos se ensamblan formando las partículas víricas o viriones.

Liberación.Los viriones se liberan finalmente de la célula por gemación para seguir infectando a otras células.

4.BACTERIAS.REINO MONERA.El reino Monera está constituido por organismos de células procariotas que son ubicuos.Predominan los unicelulares aunque algunos pueden presentar formas filamentosas y coloniales.

Las células procariotas presentan tres características fundamentales que las distinguen:

La existencia de una membrana plasmática rodeada externamente por una pared celular de composición y naturaleza exclusiva de estos organismos.

Ausencia de membranas internas.En células procariotas,el material genético no se presenta protegido por una membrana nuclear,y no existe ningún orgánulo membranoso.A veces la membrana plasmática puede presentar invaginaciones en las que forma estructuras características o mesosomas.

Su pequeño tamaño.

Pared bacteriana.

La pared celular de la mayor parte de bacterias o eubacterias,es de naturaleza mureinica,es decir,uno de los principales componentes es el peptidoglicano o mureína.

Dentro de las eubacterias distinguimos dos tipos de pared celular:grampositivo y gramnegativo.

Las paredes grampositivas tienen una capa gruesa de mureína y dos clases de ácidos teicoicos.Entre las bacterias grampositivo tenemos las del género Bacillus.

Las paredes gramnegativas tienen una capa delgada de peptidoglicano unida a una membrana exterior por lipoproteínas.La membrana exterior tiene una alta proporción de lipopolisacáridos.Aquí encontramos las del género Pseudomonas o las bacterias purpúreas.

La pared celular cumple con las siguientes funciones:

Mantiene la forma de la célula y previene la lisis osmótica. Posee componentes con capacidad antigénicas. Regula el intercambio de sustancias con el exterior.

Algunas bacterias presentan cápsulas en el exterior de la pared celular:cubiertas mucosas compuestas por polisacáridos y a veces por proteínas.

Citoplasma bacteriano

El citoplasma está formado por una matriz gelatinosa o protoplasma,con un alto contendo de agua y aspecto granuloso,que contiene proteínas y enzimas y alberga los ribosomas 70S característicos de estas células.

Cromosoma bacteriano

En las bacterias el material genético está constituido por un único cromosoma formado por DNA bicatenario y circular.Su plegamiento está estabilizado por medio de proteínas.También constituido por un plásmido,pequeñas moléculas de DNA circular extracromosómico que se replica de forma independiente.

Las células pueden ser inmóviles,presentar un movimiento natatorio mediante flagelos bacterianos o desplazarse por deslizamiento sobre superficies.

Clasificación de las bacterias.

Arqueobacterias.Son un grupo de bacterias separadas filogenéticamente del resto,pues se piensa que dominaron la Tierra en la primitiva biosfera,antes de la aparición del oxígeno.Poseen una estructura especial,pues sus membranas no contienen mureína y se encuentran en ambientes extremos.Aquí se incluyen las bacterias

metanógenas que viven en ambientes anaerobios y producen gas metano como producto metabólico,las bacterias termoacidófilas que viven en aguas muy ácidas y calientes,y las bacterias halófilas que viven en ambientes con altas concentraciones de sal.

Micoplasmas.Son bacterias de pequeño tamaño y sin pared celular. Eubacterias grampositivas.Son heterótrofas y presentan pared

bacteriana de tipo grampositivo. Eubacterias gramnegativas.Presentan pared bacteriana de tipo

gramnegativo y se incluyen en este grupo bacterias fototrofas como las verdes y rojas,y bacterias quimiotrofas como las nitrificantes.

Funciones de nutrición de las bacterias

Nutrición autótrofa.La poseen aquellas bacterias capaces de sintetizar materia orgánica a partir de inorgánica y energía.Encontramos bacterias fotosintéticas:la fuente de energía que usan es la luz solar y realizan la fotosíntesis gracias a la presencia de pigmentos como la bacterioclorofila.Constituyen parte del fitoplancton.Bacterias quimiosintéticas que obtienen la energía de reacciones químicas de oxidación de compuestos inorgánicos.

Nutrición heterótrofa.La presentan aquellas que utilizan la materia orgánica de otros organismos como fuente de carbono y energía.Aquí se encuentran las bacterias parásitas(patógenas),bacterias saprofíticas(utilizan la materia orgánica en descomposición),bacterias simbióticas(intestinales) y bacterias comensales que conviven con otras especies sin producirles perjuicio ni beneficio.

Funciones de reproducción de las bacterias

Las bacterias se reproducen asexualmente por bipartición:el cromosoma circular se ancla a algún punto de la membrana,se duplica y posteriormente la bacteria se divide.El resultado son dos células con idéntica información genética.

5.ALGAS MICROSCÓPICAS.Las algas pertenecen al reino Protoctista y son células eucarióticas caracterizadas por la presencia de cloroplastos con clorofila y una pared celular constituida por celulosa.Realizan la fotosíntesis en preencia de luz,por lo que se localizan en la zona fótica del agua.Se pueden reproducir sexual o asexualmente y viven tanto en medios acuáticos dulces como salados,donde forman parte del fitoplancton.

Los principales grupos son las clorofitas,euglenofitas,dinoflagelados o diatomeas.

6.PROTOZOOS.Son microorganismos móviles que se incluyen en el reino Protoctista.Tienen una organización eurcariótica,sin pared celular ni cloroplastos.Su nutrición es heterótrofa,pudiendo establecer relaciones de parasitismo,comensalismo o simbiosis.Se reproducen asexualmente por bipartición,aunque también puede presentar reproducción sexual en condiciones adversas.

Pueden desplazarse mediante pseudópodos,cilios o flagelos.En función de lo anterior existen cuatro grupos principales:flagelados(Tripanosoma),ciliados(Paramecium),rizópodos(Entamoeba) y esporozoos (Plamodium).

7.HONGOS MICROSCOPICOS.Los hongos pertenecen al reino Fungi y están constituidos por células eucarióticas,sin cloroplastos y con pared celular rígida compuesta por quitina,celulosa o ambas.En este grupo podemos encontrar:

Levaduras.Son hongos unicelulares aunque suelen asociarse en racimos.Por ejemplo,la levadura del pan o especies patógenas como Candida.

Hongos filamentosos.Son filamentos constituidos por hileras de células denominadas hifas.El conjunto de hifas forman el micelio.Aquí se encuentran los mohos como Penicillium.

La mayor parte de especies son saprófitas,viviendo en el suelo y sobre materia orgánica en descomposición.Algunas especies parásitas pueden ser patógenas de animales o plantas.Su reproducción es sexual y asexual (gemación en levaduras).

8.MICROORGANISMOS COMO AGENTES BENEFICIOSOS Y PERJUDICIALES.Las características particulares de los microorganismos les convierten en habitantes habituales de todo tipo de ambientes:el aire,suelo,agua y nuestro propio cuerpo.Algunos de estos seres pueden producir una amplia gama de patologías,desde el catarro común hasta graves enfermedades como el SIDA.

Microorganismos patógenos

Gracias a ROBERT KOCH comenzó a hablarse de una auténtica teoría microbiana de la enfermedad infecciosa.Sus investigaciones con el carbunco o ántrax,una enfermedad infecciosa que afecta a vacas y ovejas le llevaron a emitir ciertos postulados:

La bacteria se encontrará en todos los casos de la enfermedad y se aislará de las lesiones de la persona infectada para mantenerse en cultivo puro.

El cultivo puro,inoculado en una persona voluntariamente o en un animal de experimentación,debe reproducir la enfermedad.

La misma bacteria se aislará en cultivo puro del animal o humano voluntariamente infectado.

A las enfermedades que causan los microorganismos se les denomina enfermedaes infecciosas.La capacidad de un microorganismo para producir enfermedad es su patogeneidad.Las cepas o poblaciones de microbios que causan enfermedad se consideran virulentas,frente a las inocuas o no virulentas.La patogeneidad y virulencia pueden ir ligadas a la toxicogenicidad o capacidad para producir sustancias llamadas toxinas.El crecimiento de los microorganismos dentro de los tejidos del hospedador es la infección,que suele venir acompañada de unos síntomas característicos.

Para que un microogranismo actúe de manera patógena,debe ser capaz de invadir un tejido del hospedador o colonizar la superficie de su cuerpo.Dentro del organismo,este patógeno puede quedar limitado a una zona de infección,o ser transportado por los fluidos orgánicos a la totalidad del organismo.Al tiempo que transcurre desde que se produce la infección hasta que se manifiesta la enfermedad se conoce como periodo de incubación,y es fijo para cada especie microbiana.En algunos casos,durante este tiempo la persona puede contagiar la enfermedad aunque aun no se manifieste.

Hay que tener en cuenta que la especie que transmite el patógeno al hospedador que sufre la enfermedad se conoce como vector,y reservorio es el organismo a partir del cual el vector toma el patógeno para originar la infección.

El paso de una enfermedad desde el reservorio a los humanos se realiza mediante unas vías de transmisión que pueden ser:

Vía oral-fecal.La infección se produce mediante la ingesta de alimentos o agua contaminados con heces.Por ejemplo las enfermedades diarreicas.

Vía respiratoria.La infección se origina por absorción en el tracto respiratorio de aerosoles y otros sustratos que contienen secreciones respiratorias infectadas.Por ejemplo,la neumonía.

Contacto directo.Entre personas(gonorrea),con un animal infectado o por picadura(malaria),o por heridas en la piel (tétanos).

Microorganismos beneficiosos

Los microorganismos forman parte de las redes tróficas de los ecosistemas en los que interactúan con el resto de los seres vivos.En algunos casos su actividad metabólica es fundamental para el mantenimiento del equilibrio dinámico del ecosistema,como por ejemplo los ciclos biogeoquímicos.Por lo tanto su actividad es beneficiosa.

Los ciclos biogeoquímicos describen el proceso de transformación de los distintos elementos químicos por la actividad biológica,y su intercambio entre los componentes bióticos y abióticos del ecosistema.Por ejemplo,el ciclo del nitrógeno,que lo llevan a cabo una serie de bacterias muy importantes,como las bacterias nitrificantes.

9.LA BIOTECNOLOGIA.La biotecnología consiste en la aplicación de procedimientos científicos y técnicas a la transformación de ciertas materias por agentes biológicos para

producir bienes y servicios.Estos agentes biológicos son principalmente microorganismos ,células vegetales o animales y enzimas.Los bienes y servicios están relacionados con la agricultura,la pesca e industrias alimentarias y farmacéuticas.

Desde hace siglos,los seres humanos han utilizado procesos biotecnológicos en la elaboración del pan,la cerveza,vino,queso y otros derivados lácteos.La biotecnología tradicional comprende el conjunto de procesos industriales en los que se cultivan microorganismos a gran escala para obtener productos comerciales útiles para el ser humano.En este tipo de biotecnología se fundamenta la microbiología industrial,que utiliza técnicas de fermentación tradicionales en la fabricación de alimentos,como los derivados lácteos y bebidas alcohólicas,y de productos farmacéuticos como los antibióticos y las vacunas.

Aplicaciones biotecnológicas y microorganismos de interés industrial

Solo un pequeño grupo de microorganismos se utilizan en la industria biotecnológica.Son muy importantes porque como producto de su metabolismo elaboran sustancias que no se obtienen por otros métodos de forma fácil o barata.Hay tres grupos de microorganismos de interés industrial:bacterias,levaduras y mohos.

Los mohos son hongos que no forman estructuras claramente macroscópicas portadoras de esporas,son aerobios estrictos.Se utilizan en el proceso de maduración de algunos quesos especiales como el roquefort o el queso de cabrales.El género Penicillium o Cephalosporium son dos ejemplos de hongos utilizados en biotecnología por su capacidad para producir sustancias químicas con capacidad bactericida(antibióticos como la penicilina).

Las eubacterias de interés comercial son formas unicelulares aerobios,anaerobias facultativas o anaerobias estrictas,pero nunca fotosintéticas.Destacan las bacterias lácticas(Lactobacillus).Fermentan glúcidos y los transforman en ácido láctico.Se utilizan en la producción de todo tipo de productos de fermentación de la leche(yogur,queso…).Acetobacter,produce ácido acético a partir del etanol,y se utiliza en la fabricación de vinagre,plásticos y productos farmacéuticos.Clostridium,realiza una fermentación en la que se obtienen como productos butanol o acetona,utilizados como disolventes en la fabricación de plásticos.Algunos actinomicetos como el género Streptomyces,se utilizan en la producción de antibióticos como la estreptomicina.

Las levaduras son hongos unicelulares,habitualmente ovaladas.En condiciones industriales,su reproducción es únicamente asexual por yemas(gemación).Son anaerobios facultativos.Destaca la Saccharomyces cerevisiae,que lleva a cabo una fermentación alcohólica utilizando como sustrato glúcidos,ya sean de cadena larga como los presentes en la harina de los cereales,o monosacáridos como los del mosto de la uva.A partir de sus productos se obtienen pan,cerveza,vino,ron,ginebra…