UD 4. EL MUNDO DE LOS MICROORGANISMOS Y SUS APLICACIONES

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1 UD 4. EL MUNDO DE LOS MICROORGANISMOS Y SUS APLICACIONES

2 1. CONCEPTO DE MICROORGANISMO Microorganismo: : ser vivo que por su reducido tamaño o sólo s es visible con el microscopio. Llamado también n microbio. Encontramos organismos de los reinos Monera, Protoctista y Fungi. Características generales de los microorganismos: Relación n superficie/volumen muy alta, lo que les permite un intercambio de sustancias con el medio muy eficiente. Metabolismo muy rápido. r Se reproducen con gran rapidez. Tienen gran capacidad de alterar el medio.

3 Formas acelulares: No se trata de seres vivos, al no estar formados por células c ni cumplir las funciones vitales (nutrición, n, relación n y reproducción). Virus: producen enfermedades en casi todos los seres vivos. Formados por una cápside,, con o sin envoltura y un genoma de ADN o ARN, mono o bicatenario. Viroides: pequeñas moléculas de ARN monocatenarias desnudas. Se introducen en el núcleo n de células c vegetales, alterando su genoma y la transcripción (formación n de ARNm), provocando diversas enfermedades (exocortis( de cítricos, cicatrices en la piel de la manzana ). Virusoides: : ARN encapsulado en virus de plantas. Este virus asistente es imprescindible para que genere infección. n.

4 Plásmidos smidos: : ADN circular presente en algunas bacterias, que puede pasar de una bacteria a otra. No provocan enfermedades pero si transformaciones en las bacterias que los portan. Provirus: : fragmentos de ADN móviles m que pasan de una célula c a otra, y se introducen en su genoma. Tampoco generan enfermedades pero sís pequeñas mutaciones. Priones: : moléculas de proteína con capacidad infecciosa. Se desconoce su mecanismo de actuación, pero sís se sabe que son capaces de alterar otras proteínas, al afectar a su estructura terciaria. Generan enfermedades como el síndrome s de Creutzfeldt-Jacob, y parecen estar relacionados con el Alzheimer.

5 2. LOS VIRUS Descubiertos a finales del S XIX.. Reconocidos por tres propiedades: Son patógenos (agentes infecciosos). Muy pequeños (invisibles a m.o.)..). No proliferan en medios de cultivos para bacterias. Aparecen bajo dos estados: Extracelular (viri( virión): metabólicamente inerte. Contiene un ácido nucleico rodeado de proteínas y otras moléculas. Intracelular: el genoma se libera en la célula c parasitada, generando la infección. n. Replica su genoma y sintetiza sus componente a expensas del metabolismo celular. Partes del virus: Genoma: ADN o ARN, mono o bicatenario. Cápside: : cubierta proteica, formada por capsómeros meros. Nucleocápside pside: : genoma + cápside. Envoltura: membrana lipoproteica,, procedente de la célula parasitada. Hay virus sin envoltura (desnudos): los de vegetales, bacterias y algunos animales. Cápside

6 Tipos de cápside: Virus de simetría a helicoidal: capsómeros dispuestos helicoidalmente, sobre la hélice h de ácido nucleico, con forma de bastoncillo. Caso del virus del mosaico del tabaco y de la rabia. Virus de simetría a poliédrica o icosaédrica drica: : poliedro de veinte caras triangulares, adquiriendo aspecto casi esférico. Pueden salir proteínas fibrilares.. Por ejemplo el virus de la polio y los adenovirus (gastroenteritis, conjuntivitis ). Virus complejo: estructura poliédrica (cabeza) y una helicoidal (cola), además s de estructuras de anclaje. Sólo se da en bacteriófagos (virus de bacterias).

7 Clasificación n de los virus: Bacteriófagos (fagos): virus de las bacterias. Con ADN bicatenario, cápside compleja y desnudos. Algunas familias de fagos son: myovirus,, bacteriófagos T-par, T coricovirus, levivirus Virus vegetales: con ARN monocatenario, cápside helicoidal y desnudos. Son grupos de virus vegetales: tobamovirus, potyvirus, comovirus, closterovirus Virus animales: pueden tener cualquier tipo de genoma, la cápside suele ser icosaédrica drica,, y la envoltura es frecuente. Son familias de virus animales: retrovirus, herpesvirus, paramixovirus, ortomixovirus

8 Virus humanos: Herpesvirus: : ADN bicatenario, icosaédricos dricos,, con envoltura. Se transmiten por contacto directo y gotículas culas.. Generan: varicela, herpes zoster, herpes genital, mononucleosis y neumonía a vírica. v Poxvirus: : ADN, complejos, desnudos. Producen viruela (erradicada), dermatitis infecciosa y molluscum contagioso. Picornavirus: : ARN, icosaédricos dricos,, desnudos. Hay dos grupos: los rhinovirus (catarros) y los enterovirus (enfermedades intestinales leves, hepatitis A y poliomielitis). Ortomixovirus: : varias cadenas de ARN, helicoidal y con envoltura. El virus de la gripe es un ortomixovirus. Paramixovirus: : idénticas características a los ortomixovirus (mixovirus). Son paramixovirus el virus de la rubéola, paperas y sarampión. Rhabdovirus: : ARN, helicoidal y envoltura. Un único virus, el de la rabia. Retrovirus: ARN, helicoidal esférica y envoltura. La transcriptasa inversa permite transformar el ARN en ADN, que se introduce en el genoma de la célula c hospedadora gracias a la integrasa.. Un ejemplo es el del VIH.

9 Poxvirus (viruela) Herpesvirus (varicela) Picornavirus - rhinovirus (catarro)

10 Picornavirus - enterovirus (hepatitis A) Ortomixovirus (gripe) Paramixovirus (rubéola)

11 Rhabdovirus (rabia) Retrovirus (SIDA)

12 3. MICROBIOLOGÍA A INDUSTRIAL El ser humano emplea unos centenares de especies de microorganismos para sintetizar sustancias útiles y llevar a cabo diversos procesos industriales. Destacan los usos para obtener alimentos y bebidas, fármacos, f productos químicos y combustibles, así como su aplicación n en minería a y diversos ámbitos medioambientales.

13 3.1. PRODUCCIÓN N DE ALIMENTOS Y BEBIDAS Se emplean diversos microorganismos para obtener productos gracias as a la fermentación. n. Las dos fermentaciones más m s relevantes son: Fermentación n láctical Fermentación n alcohólica lica

14 Fermentación n láctica: l Se obtienen yogur, quesos y otros derivados lácteos. l Se emplean diversas bacterias, que en el caso de la fabricación n del yogur son Streptococcus thermophilus y Lactobacillus bulgaris. A partir de la lactosa de la leche sintetizan ácido láctico, l acidificando el medio y provocando la precipitación n de las proteínas de la leche al desnaturalizarlas.

15 Fermentación n alcohólica: lica: Se obtienen pan y otros productos similares (bizcochos, magdalenas ) ) y bebidas alcohólicas. licas. En la fabricación n del pan se emplea la levadura Saccharomyces cerevisiae. A partir de los azúcares del cereal se obtiene alcohol etílico (se evapora) y dióxido de carbono (da aspecto esponjoso). Para obtener bebidas alcohólicas licas se usan tanto levaduras como mohos, no perdiéndose en este caso el etanol. En ocasiones el dióxido de carbono también se mantiene para darle las características burbujas a algunas de estas bebidas (cerveza, vino espumoso, sidra ).

16 4. LOS MICROORGANISMOS Y LAS INFECCIONES HUMANAS Son muchas las enfermedades del ser humano provocadas por microorganismos, siendo enfermedades infecciosas. En estos casos los microorganismos causantes de dichas enfermedades se denominan agentes patógenos o gérmenes. g Existen distintos grupos de patógenos: Protozoos: producen enfermedades protozoarias, como la malaria (paludismo), enfermedad del sueño Hongos: generan enfermedades fúngicas f o micóticas ticas,, como el pie de atleta, candidiasis Bacterias: provocan enfermedades bacterianas, como la salmonelosis, tuberculosis, peste Virus: responsables de enfermedades víricas, v como el SIDA, gripe, hepatitis Priones: : causantes de enfermedades como el síndrome s de Creutzfeldt- Jacob, kuru

17 4.1. PIE DE ATLETA Infección micótica tica,, provocada por hongos dermatófitos (Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagrophytes y Pidermophyton floccosum) ) o por levaduras (en caso de inmunodepresión). n). Se ven afectados los pliegues interdigitales, la planta y el borde del pie, presentándose ndose picor y enrojecimiento, además s de grietas, ampollas, escamas La transmisión n es directa, de persona a persona y a través s de zonas húmedas (superficies de piscinas, duchas, toallas ). Prevención: n: evitar el uso de calzado cerrado y el exceso de sudor, así como emplear zapatillas de goma en espacios públicos p como duchas, piscinas Tratamiento: antimicótico tico vía va tópica t y oral.

18 4.2. SALMONELOSIS Infección n bacteriana producida por enterobacterias del género g Salmonella sp, principalmente: Salmonella typhi, S. paratyphi, S. typhimurium y S. enteriditis. Se trata de varios tipos de enfermedades, caracterizadas todas por manifestarse como gastroenteritis aguda, debido a que las bacterias fermentan azúcares en el intestino y producen sustancias ácidas y gases, lo que provoca diarrea, vómitos, v nauseas, que puede llevar a una deshidratación n del individuo. Además s pueden atravesar las células c del epitelio entérico y afectar a las placas de Peyer. El inóculo se transmite a través s de agua y alimentos contaminadas, que hayan estado en contacto con material fecal. Se diferencian la salmonelosis tifoidea y la salmonelosis no tifoidea (más s leve). Las medidas preventivas pasan por una buena higiene alimentaria,, y por evitar el uso de aguas no depuradas para el riego. El tratamiento consiste en una rehidratación n y en la administración n de una dieta blanda. Sólo S se deben usar antibióticos ticos en caso de riesgo de que las bacterias se extiendan por todo el organismo.

19 4.3. SIDA (Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida) Provocado por un retrovirus, el VIH (virus de la inmunodeficiencia ia humana), cuyo origen es desconocido, aunque parece relacionado con el VIS. Los primeros casos aparecen en En 1984 se determina que está producida por un virus, que es identificado en Parece que ya hubieron casos en África a mediados del siglo XX. Actualmente ONUSIDA estima en unos 40 millones los afectados por esta enfermedad, de los que 25 millones viven en África. Al año a o aparecen unos 2 millones de casos nuevos (1,5 en África) y fallecen otros 2 millones (1,6 en África). En España a hay unos casos, siendo el país s de la Unión n Europea, junto con Francia, que presenta mayor incidencia.

20 Transmisión n del VIH Relaciones sexuales (semen, flujo vaginal y sangre). Contacto con sangre, hemoderivados, órganos transplantados de personas infectadas, por ejemplo a través s de jeringuillas. De madre a hijo: embarazo, parto y lactancia. No se transmite por orina, sudor, saliva ni picadura de insectos. s.

21 Prevención No compartir objetos que hayan estado en contacto con sangre. Analizar sangre y órganos que van a ser transplantados. No aceptar sangre de personas que hayan realizado prácticas de riesgo. Uso del preservativo en las relaciones sexuales. En mujeres afectadas: evitar embarazo, usar medicación n profiláctica si hay embarazo, hacer cesárea y no dar lactancia materna. Al recién n nacido administrar medicación.

22 Estructura del VIH Dos moléculas de ARN y retrotranscriptasa (transcriptasa inversa). Doble envoltura proteica y una bicapa lipídica con glucoproteínas nas.

23 Ciclo del VIH 1. Unión n a la membrana de los linfocitos T cooperadores (T( 4 ) y fusión. 2. Liberación n del ARN y de la retrotranscriptasa. 3. Síntesis de una molécula hídrida ARN-ADN. ADN. 4. Transformación n de la molécula híbrida h en ADN. En este paso y el anterior se producen multitud de mutaciones, lo que origina una gran variabilidad en el genoma vírico. v 5. Incorporación n del ADN vírico al ADN del linfocito, gracias a la acción n de la integrasa vírica. 6. Síntesis de moléculas víricas. v 7. Unión n de estas moléculas para formar partículas víricas, v participando la proteasa vírica. 8. Salida de los virus formados, ocasionando la destrucción n del linfocito T (en la mayoría de casos).

24 Detección n del SIDA Analítica de sangre. También n se puede usar orina y saliva. Pruebas indirectas: buscan la presencia de anticuerpos antivih: Prueba de cribado ELISA (análisis inmunoenzimático tico): método m rutinario. Detecta los anticuerpos, pero puede dar falsos positivos y falsos negativos. Falla mucho en el periodo ventana (6-8 8 primeras semanas). Prueba de confirmación WB (western blot): se emplea tras un resultado positivo de la ELISA. También n puede dar falsos resultados, pero muchos menos. Pruebas directas: buscan la existencia del VIH: Prueba de confirmación PCR (reacción n en cadena de la polimerasa): la probabilidad de error es muy baja, pero es muy costosa.

25 Desarrollo del SIDA Tres fases. La última se corresponde al SIDA, las dos primeras al hecho de ser seropositivo (en estas dos primeras fases se puede transmitir el virus). Fase inicial, precoz o aguda: Tiene una duración n de unos tres meses. El VIH se reparte por el organismo. Aparecen síntomas s de un enfriamiento (malestar, dolor de cabeza, febrícula cula ) ) y, ocasionalmente, alguna enfermedad oportunista. Cuando ELISA da positivo comienza a hablarse de seropositivo.

26 Fase intermedia o crónica: Tiene una duración n de unos diez años, a registrándose casos de 30 años. La duración n de esta fase depende de una serie de factores: Acortan el periodo: dieta pobre, estrés, s, infecciones, reinfecciones, consumo de drogas Alargan el periodo: ejercicio diario y seguir la medicación. Fase final, de crisis o SIDA: Con una duración n de 4 a 5 años a (cada vez mayor en el Primer Mundo). Se manifiesta la inmunodepresión, n, apareciendo diversas enfermedades, entre las que destacan la tuberculosis, la candidiasis grave y el sarcoma de Kaposi. Estas enfermedades deben tratarse a la misma vez que la infección del VIH.

27 Tratamiento e investigación Debe comenzarse lo antes posible, y llevar un seguimiento médico m cada meses. La medicación n presenta importantes efectos secundarios y tiene un coste elevado (50( 50 /día). Se emplean diversos fármacos, f que se combinan y se sustituyen para evitar resistencias. Estos fármacos f inhiben: La fusión. La transcriptasa inversa. La integrasa. La proteasa.

28 La medicación n profiláctica empleada también n combina dos o tres fármacos, f resultando muy eficaz si se aplica durante las primeras 36 horas. En mujeres embarazadas se emplea un inhibidor de la transcriptasa inversa (AZT( AZT), con una eficacia del 70%. Investigación: n: Primero se buscó el agente infeccioso y su transmisión. n. Luego se trabajó con las medidas de prevención. n. Por último se trabaja con la actuación n del virus y la medicación n a emplear. La obtención n de una vacuna es compleja, por las características del VIH. La principal investigación n está en manos privadas.

29 4.4. ENFERMEDAD DE CREUTZFELDT-JACOB Debida a un prión (proteinaceous infectious particle). El prión es una proteína que presenta un plegamiento anormal, lo que a su vez provoca un plegamiento anormal en otras proteínas nas,, afectando a la capacidad de funcionamiento de las mismas. Existen distintos tipos de ECJ,, diferenciándose ndose la enfermedad clásica y la nueva variante (vecj( vecj): ECJ clásica: de tipo esporádico o, en menor medida, heredada. En caso de ser esporádica suele aparecer después s de los 65 años. a vecj: : relacionada con la enfermedad de las vacas locas (encefalitis espongiforme bovina). Por consumir productos contaminados. Suele afectar a personas jóvenes. j Otras enfermedades provocadas por priones, y que pueden estar relacionadas son: kuru, encefalopatía espongiforme ovina

30 Los síntomas s de la ECJ son: visión borrosa, desorientación, n, demencia, alucinaciones, falta de coordinación, n, rigidez muscular, somnolencia, problemas del habla,, todos ellos debidos al hecho de que se ve afectado el encéfalo. Los síntomas s evolucionan rápidamente. No se conoce cura para esta enfermedad, si bien algunos fármacos f retrasan su evolución n (interleucinas( interleucinas). Su diagnóstico sólo s se puede confirmar tras la muerte del paciente, gracias a una biopsia del cerebro.