TEMAS MICROORGANISMOS Y BIOTECNOLOGÍA

Transcripción

1 TEMAS MICROORGANISMOS Y BIOTECNOLOGÍA

2 1. MICROBIOLOGÍA A. CONCEPTO DE MICROORGANISMO. B. LOS MICROORGANISMO Y SU RELACION CON OTROS ORGANISMOS C. GRUPOS DE MICROORGANISMOS D. IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN EL MEDIO E. MICROORGANISMOS PRODUCTORES DE ENFERMEDADES 2. INGENIERÍA GENÉTICA A. CONCEPTO Y APLICACIONES B. TECNOLOGIA DEL ADN RECOMBINANTE 3. BIOTECNOLOGÍA A. CONCEPTO Y APLICACIONES B. INDUSTRIA ALIMENTARIA C. INDUSTRIA FARMACEUTICA D. MEDIO AMBIENTE E. INDUSTRIA AGROPECUARIA

3 1. MICROBIOLOGÍA A. CONCEPTO DE MICROORGANISMO. DIVERSIDAD Y CLASIFICACIÓN Concepto: variado grupo de seres vivos que por su tamaño solo pueden observarse al microscopio, sea óptico o electrónico Características: Relación S/V alta..intercambio eficaz de nutrientes Metabolismo y reproducción rápidos Nutrición autótrofa o heterótrofa Procariotas (bacterias y arquebacterias) y eucariotas (algas, protozoos, hongos) Gran capacidad de alterar el medio en el que viven

4 Clasificación de microorganismos -Clasificación tradicional (Whitttaker y Margulis), 5 reinos: -1. Moneras. Procariotas (Bacteria y Arqueobacterias) -2. Protoctistas. Protozoos (heterótrofos) y algas (autótrofos) -3. Fungi. Hongos. Heterótrofos. -4. Metafitas. Plantas -5. Metazoos. Animales

5

6 -Criterios actuales (Woese). Árbol filogénetico de la vida a partir LUCA ( Last Universal Cellular Antecesor). Se diferencian los seres vivos según el ARN- R -Existen tres ramas evolutivas : Bacteria, Archaea y Eukarya -Estas tres ramas se llaman DOMINIO y estarían por encima de la categoría taxonómica de Reino

7

8 B. LOS MICROORGANISMOS Y SU RELACIÓN CON EL MEDIO 1. Simbiosis (relación entre dos seres vivos, ambos beneficiados)..mutualismo Ejemplos: Rumiantes (bacterias estómago) insectos xilófagos (protozoos) humanos (bacterias) Nódulos radicales leguminosas (Rhizobium fija nitrógeno) 2. Parasitismo. Uno beneficiado, otro perjudicado. Enfermedades 3. Saprófitos.Descomposición materia orgánica. Fermentaciones y putrefacciones. Reciclan material Nódulos de Rhizobium

9 C. GRUPOS DE ORGANISMOS MICROORGANISMOS 1. Bacterias 2. Arqueobacterias 3.Virus 4. Otras formas acelulares 5.Cianobacterias y micoplasmas 6.Hongos microscópicos 7. Protozoos 8. Algas microscópicas

10 1. Bacterias BACTERIAS Estructura Cocos, Bacilos, Vibrios, Espirilos Membrana plasmática Parecido a eucariotas (bicapa), pero sin colesterol. Con mesosomas (invaginaciones que ayudan en el reparto del nucleoide en la reproducción y también en el metabolismo celular). Pared bacteriana Da rigidez y forma Cápsula bacteriana Dos tipos: GRAM + (con peptidoglicanos y ácidos teicoicos) y GRAM (con peptidoglicanos y membrana externa; mayor resistencia a bactericidas) Envoltura de aspecto viscoso por encima de la pared. Con polisacáridos, polialcoholes o aminoazúcares. Flagelo bacteriano Pelos bacterianos, fimbria o pili Funciones: Protección frente a la desecación, protección frente a anticuerpos, fijación de las bacterias, protección frente a fagocitosis. Prolongación filiforme, de mayor longitud que la bacteria, más sencillo que en eucariotas. Puede variar en número y localización. Sólo en gram-. Filamentos superficiales y huecos, formados por la proteína pilina. Funciones: fijación a sustratos e intercambio de material genético Citoplasma Sin orgánulos, excepto ribosomas 70 S. Material genético Inclusiones de reserva (almidón, lípidos, volutita) Cromosoma bacteriano, circular, bicatenario. Nucleoide: sitio donde se localiza el cromosoma. Puede estar unido a los mesosomas Plásmidos: moléculas de ADN de pequeño tamaño que se replican independientemente del ADN bacteriano.

11 Metabolismo y reproducción de bacterias Metabolismo Aerobias, anaerobias (estrictas o facultativas) La mayoría heterótrofas (sabrobiontes, comensales, parásitas, simbiontes) Autótrofas fotosintéticas (anoxigénica) Autótrofas quimiosintéticas (del H2, sulfurosas incoloras, nitrificantes, del hierro) Reproducción: Asexual (bipartición) Parasexual (recombinación genética entre bacterias) Transducción (a través de virus) Transformación (ADN libre penetra en una célula) Conjugación (intercambio de plásmido a través de pelo sexual)

12

13

14 Transducción. Traspaso de material genético de una bacteria a otra utilizando un virus como vehículo transmisor

15

16

17

18 2. Arqueobacterias Membrana sin fosfolípidos (isopreno) Pared celular diferente de bacterias (pseudopeptidoglicanos, sin mureína) Extremófilas (con extremoenzimas que aguantan esas condiciones sin desnaturalizar) Termófilas (>45ºC), psicrófilas (4ºC), acidófilas (fuentes hidrotermales), alcalófilas (lagunas kársticas) halófilas (mar Muerto)

19 3. Virus Parásitos intracelulares obligados Formados por: AN (ARN mc, bc; ADN mc o bc) Si el AN tiene dirección 5.3 se le llama cadena + (si al revés, cadena negativa) Cubierta proteíca (cápsida, y las unidades capsómeros) Envoltura (a veces) parecido a membrana plasmática. Enzimas (polimerasas, transcriptasa inversa) Tipos de virus (helicoidal, icosaédrico, bacteriófagos)

20 Clasificación virus

21

22

23

24 El VIH-1 (virus de inmunodeficiencia humana de tipo 1) es un retrovirus de la familia de los lentivirus. Los retrovirus son virus de ARN que se reproducen transformándose en ADN y empleando el material genético de la célula que atacan. Los retrovirus a veces destruyen las células a las que atacan; eso ocurre en el caso del VIH. Las células diana de este virus son los linfocitos T del sistema inmune. El virus es capaz de hacer múltiples copias de sí mismo y de matar células del sistema inmunitario al hacerlo. Con el tiempo, el sistema inmunitario no puede controlar la cantidad de virus activo que circula en la sangre.

25

26 4. Otras formas acelulares Viroides: ARN mc circular. Se incluye en el núcleo celular produciendo enfermedades (vegetales) Priones (glicoproteínas con capacidad infectiva. Es proteína PrP con dos formas 3D: alfa-hélice (PrPc) y hélices beta o scrapie(pr Psc). La beta es insoluble, resistente a altas temperaturas y enzimas. Enfermedades : Encefalopatía enpongiforme bovina Creutfeldt-Jacob (carne contaminada)

27

28 5. Cianobacterias y micoplasmas Cianobacterias Algas verdeazuladas o cianofíceas Fotosintéticas con organización procariota Con: Envoltura gelatinosa Pared celular ADN Láminas con clorofila en el citoplasma (cromoplasma) Pueden fijar el nitrógeno atmosférico (heterocistos) Micoplasmas Células más pequeñas de vida libre que se conocen Sin pared celular (los antibióticos no hacen nada) Membrana lipoproteíca ADN circular bc, ARN, ribosomas, proteínas Algunos en mucosa oral y urogenital Mycoplasma pneumoniae (neumonía)

29 CIANOBACTERIAS

30 MICOPLASMAS Micoplasma causante de la neumonía

31 6. Hongos microscópicos Pertenecen al Reino Fungi. Son organismos eucariotas y heterótrofos (descomponedores). Presentan paredes rígidas formadas por quitina. Ecología: algunos acuáticos, la mayoría terrestres (saprofitos), parásitos (micosis), simbiosis (líquenes). Tenemos: mohos y levaduras 1. MOHOS (hongos microscopicos pluricelulares): estan formados por filamentos celulares, llamadas hifas que, en conjunto forman un cuerpo vegetativo, denominado micelio. La reproducción puede ser : asexual (por esporas o por fragmentación) o sexual Ecología: se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza, pudiendo vivir en condiciones extremas Ejemplos: moho del pan (Rhizopus), moho de la fruta (Penicillium), importante porque produce antibióticos

32 2. LEVADURAS (hongos microscopicos unicelulares): tienen forma cilíndrica u oval. Se reproducen asexualmente mediante gemación y sexualmente mediante esporas. Ecología: Están adaptadas a vivir en medios ricos en azúcares (frutas, flores, corteza de árboles). Pueden vivir en simbiosis con animales o ser patógenos. Ejemplos importantes: aquellos que se utilizan en microbiología industrial para producir fermentaciones alcohólicas (Saccharomyces); especies patógenas (Candida).

33 7. Protozoos Son eucariotas unicelulares heterótrofos. Sin pared celular y pueden tener movilidad. Reproducción: Su reproducción asexual es por división binaria o gemación. La reproducción sexual por conjugación (en la que hay fusión de gametos). Nutrición: mediante fagocitosis o pinocitosis. Ecología: viven en medio acuático, en el suelo, sobre materia orgánica o son parásitos (muchos de ellos causan enfermedades). Movimiento: cilios, flagelos, pseudópodos, los parásitos son inmóviles. (Esta característica se utiliza para su clasificación). Ejemplos importantes: Forman parte del plancton (dinoflagelado, Paramecium), forman depósitos minerales (foraminíferos), parásitos (Plasmodium- paludismo/ Trypanosomaenfermedad del sueño/ Entamoeba-disentería).

34 Clasificación protozoos en función de su movilidad

35 8. Algas microscópicas Son eucariotas autótrofas unicelulares, que realizan fotosíntesis oxigénica. Reproducción: Se reproducen asexualmente mediante bipartición, fragmentación o por esporas. La reproducción sexual pueden llevarla a cabo en alternancia de generaciones o por un tipo especial de conjugación. Ecologia: son unicelulares o coloniales. Acuáticas (agua dulce o salada). Movimiento: presentan flagelos de manera constante o en algún momento de su ciclo vital, que les permiten moverse por el medio acuático. Ejemplos importantes: todas forman parte del fitoplancton (producción de oxígeno y base de los ecosistemas acuáticos) Diatomeas (izq) y Euglena (der)

36 D. Los microorganismos en los ciclos biogeoquímicos

37 CICLO DEL CARBONO

38 E. Microorganismos productores de enfermedades

39 Vías de transmisión enfermedades 1. Transmisión directa: se produce como consecuencia de un gran contacto físico (saliva, semen); 2. Transmisión vertical por la placenta y por inoculación, por transfusiones o jeringuillas 3. Transmisión indirecta: a través de un objeto infectado (ropa, vendajes) o mediante el aire, el agua,mediante los alimentos, o un animal infectado (denominado vector)

40 Enfermedades por contacto directo Clostridium tetani. Produce tétanos por heridas en la piel con tierra u objetos contaminados de esporas Rabia: producido por Virus (Rhabdovirus) a través mordedura de animal

41 Enfermedades a través del aire Virus de la gripe (izq) y comparativa de los alvéolos pulmonares con neumonía (pueden producirla muchos agentes infecciosos)

42 Enfermedades por vía sexual Hepatitis B. vía sexual, o sangre infectada. VIH es la sigla del virus de inmunodeficiencia humana. El VIH es un virus que mata o daña las células del sistema inmunitario del organismo. SIDA es la sigla del síndrome de inmunodeficiencia adquirida. Es el estadio más avanzado de esta infección

43 Enfermedades por agua o alimentos (ETA) Las Enfermedades Transmitidas por Alimentos pueden generarse a partir de un alimento o de agua contaminada. Son llamadas así porque el alimento actúa como vehículo de transmisión de organismos dañinos y sustancias tóxicas. Larvas de Anisakis, y lata inflada (botulismo)

44 Enfermedades transmitidas por vectores Plasmodium, responsable de la malaria Trypanosoma, responsable de la enfermedad del sueño

45 Control de microorganismos Los microorganismos tienen crecimiento exponencial 1. Fase de latencia (inoculación) 2. Fase exponencial (crecimiento) 3. Fase estacionaria (ya no hay crecimiento, por falta de alimento o espacio) 4. Fase de muerte (mueren por falta d de alimento o por productos tóxicos de su metabolismo)

46 Agentes antimicrobianos Tenemos agentes físicos, químicos y biológicos. Entre los físicos se encuentran el calor, el frio, la presión, las radiaciones Entre los químicos hay muchos productos que matan a los microorganismos (yodo, alcohol); Entre los biológicos nos encontramos una serie de sustancias que actúan sobre el microorganismo, principalmente impidiendo su reproducción, ya que interfieren en sus funciones biológicas normales, entre ellos destacamos los antibióticos, vacunas, suero

47 Antibióticos Los antibióticos son sustancias que se producen por algunos microorganismos, que inhiben el crecimiento o matan a otros microorganismos. Se han descubierto un gran numero de antibióticos, pero tal vez, menos del 1% de ellos han sido de valor práctico en medicina. Los que han resultado útiles han tenido un impacto eficaz sobre el tratamiento de las enfermedades infecciosas. También existen antibióticos que pueden hacerse más efectivos mediante modificaciones químicas y son los conocidos antibióticos semisintéticos.

48 Tipos de antibióticos Tipos de antibióticos 1. Inhibición de la síntesis de la pared celular. b-lactámicos. Estos antibióticos incluyen penicilinas, cefalosporinas y tetraciclinas. 2. Alteración de la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática. 3. Inhibición de la síntesis de proteínas. Eritromicina, estreptomicina.. 4. Inhibición de la síntesis de ácidos nucleicos. Rifamicina

49

50 2. INGENIERÍA GENÉTICA Definición: manipulación deliberada de ADN de organismos vivos con el propósito de fabricar o modificar un producto, mejorar plantas o animales o desarrollar microorganismos para usos específicos Con estas técnicas se obtienen organismos modificados genéticamente o la transferencia de genes de unos organismo a otros para de este modo obtener organismos transgénicos.

51 Técnicas de ingeniería genética 1. Obtención de ADN-r (recombinante) Con Enzimas de restricción (actúan en los puntos de restricción que pueden ser simétricos o asimétricos Ligasas (unen extremos cohesivos)

52 2. Clonación del ADN. Obtención de muchas copias de un fragmento de ADN. Se pueden obtener a través de: Un vector de clonación. Pequeña molécula de ADN que puede penetrar en una bacteria y autorreplicarse en ella. Los vectores de clonación suelen ser plásmidos y virus bacteriófagos. PCR (reacción en cadena de la polimerasa). Se utiliza una ADN polimerasa especial, termoestable, para obtener multitud de copias.

53

54 Técnica de la PCR.

55 3. Genoteca de ADN. Conjunto de segmentos de ADN de una especie determinada. Extraemos los ARMm maduro de una célula y los pasamos mediante transcriptasa inversa a ADNc (ADN complementario de cadena sencilla) A continuación la ADN polimerasa sintetiza la cadena molde y forma un ADNbc Por último, estas moléculas de ADN se insertan en vectores de clonación y se somete al proceso de clonación antes visto.

56 3.APLICACIONES INGENIERÍA GENÉTICA Aplicaciones médicas (vacunas, insulina, hormona del crecimiento.) Aplicaciones agricultura/ganadería (animales transgénicos con mayor productividad, plantas transgénicas resistentes a plagas, plantas con mayor productividad, ganaderías «farmacéuticas». Industria alimentaria (yogur, cerveza, vino ) Medio ambiente (biorremedación, biodegradación.)