Microbiología y Biotecnología

Transcripción

1 1.- Microorganismos: Microbiología y Biotecnología 1.1.-Microbiología y concepto de microorganismo: Los microorganismos se han definido tradicionalmente como seres vivos con un tamaño inferior a 1mm, que no pueden ser observados sin la ayuda de instrumentos ópticos. Los microorganismos constituyen un grupo diverso y complejo de seres vivos que, a diferencia de los organismos superiores multicelulares, pueden llevar a cabo todos los procesos vitales de crecimiento y reproducción, bien como células individuales o formando agrupaciones. La Microbiología es la ciencia que se centra en el estudio de organismos microscópicos. Este estudio comprende la identificación y clasificación de los microorganismos, la explicación de su origen y su evolución, la observación de las interacciones que se producen entre ellos o con otros seres vivos. Además, dado que este grupos de organismos ocasiona graves daños a los humanos, también se ocupa del estudio de las enfermedades que pueden producir. En la actualidad se ha desarrollado un campo de trabajo conocido ya desde antiguo; el uso de microorganismos para la obtención de materias mediante procesos industriales, tales como la fabricación de pan, cerveza o antibióticos. La Microbiología comenzó y se desarrolló ligada a dos grandes eventos. El primero de ellos fue la aparición de grandes epidemias que asolaban Europa, lo que llevó a los científicos a preguntarse quiénes eran los causantes de éstas. El segundo fue el desarrollo de una adecuada tecnología para proceder al estudio de estos seres; esta tecnología fue la microscopía. Anton Van Leeuwenhoek ( ), aficionado naturalista, desarrollo el

2 primer microscopio, con el que observó microorganismos a los que él llamó animáculos. Un siglo más tarde, (1786), se describe la estructura bacteriana y se realiza la primera sistemática de este grupo. Edward Jenner (1796), desarrolla la primera vacuna, que fue contra la viruela. Louis Pasteur estableció el poder patógeno de algunos microorganismos (1855), y posteriormente demostró la falsedad de la Teoría sobre la generación espontánea (1859). Sus trabajos también se orientaron a la obtención de vacunas, como la de la rabia, y al estudio de las fermentaciones Robert Koch (1876), desarrolla los postulados que se utilizan en la relación enfermedad infecciosa-agente causal. En 1882 descubre el bacilo de la tuberculosis. Alexander Fleming, en 1925, descubre la penicilina. Luego aparecerá la estreptomicina, el cloranfenicol, la tetraciclina... Gracias al estudio de los microorganismos, en la actualidad, se han desarrollado otras ramas de la Biología, como la Bioquímica, la Genética molecular y la Biotecnología. Grandes investigadores han intervenido en ello; la lista sería demasiado larga para mencionar a los más importantes. En Microbiología se estudian otras estructuras que no se incluyen dentro de ninguna taxonomía, puesto que no son seres vivos. Estas estructuras son los virus, los viroides y los priones. Su inclusión dentro de esta rama de la Biología se debe a su pequeño tamaño y a la capacidad para generar infecciones dentro de los seres vivos que invaden Grupos principales Los microorganismos se distribuyen en tres tipos de organizaciones: Organización procariota: Bacterias (reino monera) Organización eucariota: Protozoos, algas y hongos mucosos (reino proctotista) y hongos (reino fungi) Organización acelular: virus Formas acelulares: los virus Tanto por su estructura como por su ciclo vital, los virus no se pueden considerar seres celulares. La palabra virus significa veneno. Antiguamente se utilizaba para designar a todo aquello que producía enfermedad. Actualmente, se utiliza para referirse a

3 estructuras microscópicas que no son retenidas por filtros para bacterias y que son patógenos para todo tipo de seres vivos. La observación de los virus sólo puede hacerse mediante el uso del microscopio electrónico, debido a su pequeño tamaño. Los virus son estructuras acelulares que no son activos fuera de las células. Si se encuentran en el exterior celular reciben el nombre de viriones. En el interior celular son capaces de controlar la maquinaria metabólica, utilizándola para su replicación. Por ello, los virus se consideran parásitos intracelulares obligados Composición, estructura y actividad biológica. Un virus, fuera de una célula, presenta las siguientes partes: Ácido nucleico enrollado: puede ser ADN o ARN. Cualquiera de estos ácidos puede presentarse en forma monocatenaria o bicatenaria. Cápsida: cubierta proteica que protege y aísla el ácido nucleico. Recibe también el nombre de cápsula vírica y presenta distintas formas. Esta estructura está formada por una única proteína que se repite. Cada una de estas unidades proteicas se denomina capsómero. Algunos virus presentan una envoltura membranosa, perteneciente a la célula que ha infectado. Esta envoltura facilita la infección de otras células de la misma estirpe celular que la célula infectada Los virus se pueden clasificar, atendiendo a distintos criterios: -. Atendiendo al tipo de ácido nucleico: Tipo I: ADN bicatenario, es decir, de dos hebras de ADN. Tipo II: ADN monocatenario, es decir, de una hebra de ADN. Tipo III: ARN binatenario. Se transcribe de ARN a ARN mensajero. Tipo IV: ARN monocatenario (+). No es necesaria su transcripción. Se lee directamente como ARN mensajero. Tipo V: ARN monocatenario (-). El ARN vírico debe

4 ser transcrito a ARN mensajero. Tipo VI: ARN monocatenario (+). El ARN es transcrito a ADN utilizando una enzima llamada transcriptasa inversa. Posteriormente, el ADN sintetizado es transcrito a ARN. Atendiendo a la forma de la cápsida del virus: Virus helicoidales: cápsidas alargadas, donde los capsómeros se disponen de forma helicoidal en torno al ácido nucleico. Estos virus infectan células vegetales. Virus (poliédricos) icosaédricos: cápsidas redondeadas con capsómeros triangulares. Estos virus infectan células animales. Virus mixtos, o complejos: cápsidas con una zona icosaédrica, seguida de otra zona helicoidal. Estos virus infectan bacterias. -. Atendiendo a la célula que infectan: Virus vegetales: atacan células vegetales. Cápsidas de forma helicoidal. Virus animales: atacan células animales. Cápsidas de forma icosaédrica. Virus bacterianos, bacteriófagos o fagos: atacan bacterias. Cápsidas de forma mixta. Atendiendo a la envoltura lipídica: Virus desnudos: sin envoltura Virus con envoltura

5 Debido a su condición de parásitos intracelulares obligados, el cultivo de los virus requiere la utilización de hospedadores apropiados. Sí, para el estudio de los virus bacterianos se emplean cultivos de bacterias susceptibles, mientras que la investigación de los virus animales se realiza, en la actualidad, sobre cultivos de tejidos o cultivos celulares. Los virus vegetales, se cultivan sobre las hojas o tejidos susceptibles. El recuento de las partículas víricas se efectúa normalmente cuantificando los efectos citopáticos, es decir, ver la cantidad de células a las que mata Ciclo biológico: multiplicación vírica. En estado extracelular, los virus son inertes e incapaces de reproducirse, por lo que el ciclo de multiplicación tiene lugar cuando el virión penetra en el interior de una célula hospedadora y utiliza la maquinaria replicativa de ésta para generar nuevas partículas víricas. Este proceso recibe el nombre de ciclo lítico. Algunos virus, sin embargo, penetran en las células hospedadoras y permanecen en ellas sin producir nuevas partículas víricas completas; estos virus siguen un ciclo lisogénico. Ciclo Lítico: En todos los ciclos líticos de multiplicación viral se pueden distinguir unas etapas comunes: entrada de los virus en la célula hospedadora, replicación y síntesis de los componentes virales, maduración y liberación. Entrada de los virus: La penetración del virus va precedida por una adsorción específica, que implica el reconocimiento y la unión de las proteínas de la cápsida o la envoltura del virus a receptores específicos de la célula hospedadora. La siguiente fase, común es la penetración. En el caso de los bacteriófagos y ciertos virus animales, el ácido nucleico viral penetra por inyección, mientras que en el resto lo hace por endocitosis. Los virus envueltos pueden penetrar por fusión de su envoltura con la membrana plasmática de la célula. Posteriormente, en los virus en que la nucleocápsida penetra en la célula hospedadora, el ácido nucleico se libera en el citoplasma mediante la rotura de la cápsida (descapsidación).

6 Replicación y síntesis de los componentes virales: Tras liberarse el ácido nucleico en el citoplasma de la célula hospedadora, se produce la replicación de los componentes virales, para lo cual el virus utiliza la maquinaria biosintética del hospedador y las enzimas codificadas en su propio genoma que intervienen en los procesos de replicación, como las ARN polimerasas virales. Esta etapa cumple dos funciones principales: Síntesis de proteínas del virus: proteínas de replicación, prot. Estructurales de la cápsida y proteínas que intervienen en el proceso de maduración y liberación; se produce en el citoplasma de la célula hospedadora. Replicación del ácido nucleico viral: puede ocurrir en el citoplasma (ARN) o bien en el núcleo (ADN) de la célula hospedadora. Los retrovirus poseen dos copias idénticas de ARN monocatenario, que se replican de manera inusual a través de una forma intermedia de ADN bicatenario. Este proceso se lleva a cabo mediante una enzima clave, la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, que dirige la síntesis de ADN a partir de ARN y posee una importancia extraordinaria en la manipulación genética. Maduración: Una vez sintetizados los componentes de los nuevos viriones, las capsidas se ensamblan con el ácido nucleico. Liberación: Cuando el ciclo de multiplicación finaliza, los nuevos viriones salen de la célula, bien provocando la lisis de ésta o lentamente por gemación. Durante la fase de liberación, los virus envueltos adquieren su membrana a partir de la membrana de la célula hospedadora, tras insertar en ella proteínas específicas codificadas por el genoma viral. Ciclo lisogénico: La mayoría de los virus bacterianos o bacteriofagos son virulentos, es decir, siguen un ciclo lítico. Sin embargo, los virus denominados atemperados, como el fago Lambda (λ) que infecta a Escherichia coli, pueden incorporar también su ácido nucleico al genoma del hospedador, replicándose con el

7 (estado de profago), sin que se produzca la síntesis de los componentes virales y la liberación de la progenie viral. Sólo ciertos agentes inductores, provocan la liberación del ácido nucleico del virus, que seguirá entonces un ciclo lítico. Ciclo virus sida: RASPOSONES, VIROIDES Y PRIONES Estas moléculas, descubiertas recientemente, son, junto con los virus, estructuras inertes fuera de la célula, pero, si logran introducirse en una célula, interfieren su desarrollo normal, pudiendo causar su muerte. Trasposones Son secuencias de ADN bicatenario que se introducen en el ADN celular. Si el trasposón se inserta dentro de un gen, éste se inactiva (o provoca alteraciones en la síntesis proteica). Estas secuencias tienen capacidad replicativa, así que cuanto más se repliquen,

8 más trasposones aparecerán en la célula, pudiendo inactivar un gran número de genes. Viroides Son secuencias de ARN circular que interfieren con el ARN celular. Se han encontrado sólo en núcleos de células vegetales, sobre todo, en cítricos. Pueden actuar como ribozimas y catalizar su propia replicación. Por esto se las considera las secuencias más antiguas, anteriores a las células más primitivas, es decir, antes de la formación del primer ser vivo. Priones Son proteínas alteradas que actúan provocando un cambio conformacional en proteínas normales, transformándolas en proteínas alteradas. Este cambio provoca la pérdida de la función en la proteína, pudiendo generar graves alteraciones en la célula. Éste es el caso del síndrome de las "vacas locas" o la encefalopatía espongiforme bovina y su variante en la especie humana Formas celulares: Bacterias: Son microorganismos con una organización celular procariota. Su tamaño oscila entre 0,1 y 50 μm, y se representan como células aisladas o formando agrupaciones. Las bacterias son un numeroso grupo de seres vivos, con características muy diversas. En la clasificación de los Dominios, Woese, aparecen dos grupos de Procariotas, el Dominio Archaea, que engloba a los organismos más antiguos del Planeta, y el Dominio Bacteria, en el que se encuentran la gran mayoría de los organismos bacterianos actuales, también conocidos con el nombre de Eubacterias. Las formas que presentan las bacterias pueden ser:

9 Coco Bacilo Vibrión Espirilo Las bacterias pueden presentarse como individuos sueltos, o formando colonias. Se pueden encontrar colonias de diplococos (bacterias redondeadas, de dos en dos), diplobacilos (bacterias alargadas, de dos en dos), estreptococos (cordones de bacterias redondeadas), estafilococos (masas laminares de bacterias redondeadas) o sarcinas (conglomerados tridimensonales de bacterias redondeadas). Estructura bacteriana: Vaina o cápsula bacteriana Este componente no aparece en todas las bacterias. Está formada por polímeros glucídicos que no llegan a formar una estructura definida. Esta cápsula es capaz de retener agua, con lo que actúa como reservorio de agua. También sirve de sustrato para los desplazamientos de las células que la poseen, pues éstas no disponen de flagelos. Sirve además como matriz adherente entre las bacterias, sin llegar a formar una auténtica colonia. Impide la acción fagocítica de otras células dificultando el reconocimiento de la bacteria, por lo que también cumple una función defensiva. Pared bacteriana Estructura rígida y resistente que aparece en la mayoría de las células bacterianas. La pared bacteriana se puede reconocer mediante la tinción Gram, que permite distinguir dos tipos de paredes bacterianas: Bacterias Gram +: son bacterias con paredes anchas, formadas por gran cantidad de capas de peptidoglucandos unidos entre sí. Bacterias Gram -: son bacterias con paredes estrechas, con una capa de peptidoglucanos, rodeada de una bicapa lipídica muy permeable. Este tipo de bacterias son más resistentes a los antibióticos.se incluyen las cianobacterias, bacterias rojas y verdes. La función de la pared bacteriana consiste en impedir el estallido de la célula por la entrada masiva de agua. Éste es uno de los mecanismos de actuación de los

10 antibióticos; crean poros en las paredes bacterianas, provocando la turgencia en la bacteria hasta conseguir que estalle. Membrana plasmática Envoltura que rodea al citoplasma. Está formada por una bicapa de fosfolípidos. No contiene colesterol. La bicapa lipídica está atravesada por gran cantidad de proteínas (80%), relacionadas con las distintas actividades celulares. En la membrana aparecen grandes repliegues, denominados mesosomas. Estos mesosomas realizan varias funciones, tales como servir de anclaje para el ADN bacteriano, intervenir en la división celular (bipartición), o ser el lugar donde se realiza parte de la respiración celular en las bacterias aerobias. También se encuentran las moléculas necesarias para realizar la fotosíntesis en bacterias fotosintéticas. Citoplasma Es el espacio que se encuentra dentro de la membrana plasmática. Contiene inclusiones cristalinas, sustancias de reserva, gotas lipídicas, enzimas y otras proteínas. Se encuentran ribosomas 70s y una región densa, donde se encuentra el ADN bacteriano; esta región no se encuentra separada del resto del citoplasma por ninguna membrana. El ADN bacteriano es ADN bicatenario, circular. Algunas bacterias presentan ADN extracromosómico. Este ADN se denomina plásmido. Los plásmidos están relacionados con la resistencia a antibióticos u otras sustancias tóxicas para la célula. También son necesarios para unir la bacteria a una superficie, ya sea a una macromolécula alimenticia, a un líquido, o a otra célula para realizar un tipo concreto de reproducción, denominada conjugación. Para poder realizar esta conjugación, el plásmido debe contener información para la formación de pili. Algunas bacterias presentan flagelos. Estos flagelos atraviesan la pared celular y permiten el desplazamiento de la bacteria. También pueden encontrarse pili. Algunas bacterias son capaces de formar estructuras de resistencia, llamadas endosporas, cuando aparecen condiciones adversas en el medio en el que vive.

11 NUTRICIÓN BACTERIANA Las bacterias, como el resto de los seres vivos, necesitan una fuente de carbono para poder sobrevivir. El origen de esta fuente de carbono sirve como criterio de clasificación para las bacterias. Además, se necesita una fuente de energía que sirva para poder construir sus propias moléculas; el tipo de fuente de energía utilizada también sirve como criterio de clasificación. FUENTE DE CARBONO Autótrofas: la fuente de carbono es inorgánica (CO 2 ). ENERGÍA UTILIZADA Fotolitotrofas: la energía utilizada es la luz. (Ejemplo: bacterias purpúreas del azufre). Quimiolitotrofas: la energía utilizada es la liberada en reacciones químicas. (Ejemplo: bacterias incoloras del azufre). Fotoorganotrofas: la energía utilizada es la luz. Heterótrofas: la fuente de carbono es inorgánica. Quimioorganotrofas: la energía utilizada es la liberada en reacciones químicas. A este grupo pertenecen la mayoría de las bacterias. encontrarlas: Otro criterio de clasificación de las bacterias es el medio en el que podemos Saprófitas: bacterias que degradan materia orgánica en descomposición. Cumplen un papel esencial en el ciclo del carbono Simbióticas: bacterias asociadas a otro ser vivo. Esta relación genera un beneficio mutuo. Un ejemplo de estas bacterias son las bacterias de la flora intestinal que producen vitamina K. El hospedador, es decir, el individuo al que parasita, le otorga a cambio, energía en forma de materia orgánica y un medio apropiado para vivir. Comensales: bacterias asociadas a otro ser vivo, sin desprenderse de esta relación, ni un beneficio, ni un perjuicio para el hospedador. Ejemplo de este tipo de bacterias podemos encontrarlo en las bacterias que viven sobre nuestra piel, alimentándose de células descamadas. Muchas bacterias de este tipo son bacterias oportunistas, ya que pueden causar enfermedad en el hospedador cuando sufre una depresión en el funcionamiento de su sistema

12 inmune Parásitas: bacterias que sobreviven a expensas de otro ser al que causan un perjuicio. Ejemplo de este tipo de bacterias sería cualquiera de ellas que nos produzca una enfermedad. oxígeno: Otro criterio de clasificación de bacterias hace referencia al consumo de Bacterias aerobias: son aquellas que necesitan oxígeno para su metabolismo. Realizan la oxidación de la materia orgánica en presencia de oxígeno molecular, es decir, realizan la respiración celular. Bacterias anaerobias: son aquellas que no utilizan oxígeno molecular en su actividad biológica. La obtención de energía la realizan mediante catabolismo fermentativo. Se pueden distinguir dos grupos dentro de ellas: o Bacterias anaerobias facultativas: pueden vivir en ambientes con oxígeno o sin él. o Bacterias anaerobias estrictas: sólo pueden sobrevivir en ambientes carentes de oxígeno. Como ejemplo, Clostridium, causante del tétanos. REPRODUCCIÓN BACTERIANA Bipartición El mecanismo de reproducción habitual en bacterias es la bipartición. Mediante este mecanismo se obtienen dos células hijas, con idéntica información en el ADN circular, entre sí y respecto a la célula madre, y de contenido citoplásmico celular similar. Las células hijas son clones de la progenitora. Por este sistema de reproducción se puede originar una colonia de células con material idéntico; sin embargo, esto no ocurre debido al alto índice de mutaciones que se producen en las bacterias. La bipartición se produce cuando la célula ha aumentado su tamaño y ha duplicado su ADN. El ADN bacteriano se une a un mesosoma, que separa el citoplasma en dos y reparte cada copia del ADN duplicado a cada lado. Al final del proceso el mesosoma se ha unido al resto de la membrana plasmática y se han formado dos células hijas genéticamente iguales Reproducción parasexual

13 En ocasiones, la célula bacteriana tiene la oportunidad de intercambiar información genética por procesos de recombinación. Estos procesos son la transformación, la transducción y la conjugación. En estos procesos no hay formación de ningún tipo de gametos, por lo que no es reproducción sexual. TransformaciónFragmentos de ADN que pertenecían a células lisadas (rotas) se introducen en células normales. El ADN fragmentado recombina con el ADN de la célula receptora, provocando cambios en la información genética de ésta. TransducciónCuando una célula es atacada por un virus bacteriófago, la bacteria genera nuevas copias del ADN vírico. En la fase de ensamblaje se pueden introducir fragmentos de ADN bacteriano en la cápsida del virus. Los nuevos virus ensamblados infectarán nuevas células. Mediante este mecanismo, una célula podrá recibir ADN de otra bacteria e incorporar nueva información. ConjugaciónEste proceso se lleva a cabo si la célula presenta el plásmido F, que contiene la información genética para formar pili, puentes que sirven de unión citoplásmica entre dos bacterias. La célula que presenta el plásmido se denomina F + ; la célula que no lo contiene se llama F -. La bacteria F + (donadora de información) se une a una bacteria F - (receptora) mediante uno de sus pili. A través de él introduce una hebra del plásmido F, de forma que la bacteria F - se convierte en bacteria F +. En ocasiones el plásmido se introduce en el anillo del ADN bacteriano. Entonces, la bacteria donadora se denomina Hfr (High frequency of recombination). De esta forma la bacteria Hfr puede donar a otras células cualquier gen de su ADN Protozoos, Algas y Hongos

14 Cuadro que recoge las diferencias más destacadas entre los distintos tipos de microorganismos. Móneras: Reino Células Nutrición Organización Pared Celular (Bacterias) Procariota Autótrofa o Heterotrofa Protozoos Eucariota Heterótrofa se alimentan por fagocitosis (algunas especies son autótrofas) Unicelular Unicelular o Pluricelular con poca especialización Con mureína No presentan Algas Eucariota Autótrofa Unicelular Pared celular Hongos Eucariota Heterótrofa, generalmente saprófitos. Unicelular o Pluricelular con poca especialización con celulosa, algunas especies no presentan. Compuesta por quitina Relaciones entre los microorganismos y la especie humana. Desde que nace, el ser humano entra en contacto con multitud de microorganismos, muchos de los cuales son inocuos o incluso ejercen un efecto beneficioso sobre el cuerpo; otros, sin embargo, causan un desequilibrio en la función normal del organismo y originan diversas enfermedades. Se denomina biota normal al conjunto de microorganismos que se establecen y crecen sobre las superficies corporales sin producir efectos negativos. Los parásitos son microorganismos que viven a expensas de otros organismos hospedadores. Cuando el crecimiento del parásito ocasiona un daño o lesión a las células, estos microorganismos reciben el nombre de patógenos. La patogeneidad se define como la capacidad potencial de un microorganismo para producir una enfermedad, mientras que la virulencia es el grado de patogeneidad. La infección, consiste en el crecimiento y colonización de microorganismos patógenos en un individuo. Los microorganismos que normalmente no causan enfermedades en su hábitat

15 natural y se convierten en patógenos bajo determinadas circunstancias, como, por ejemplo, el debilitamiento de las defensas inmunitarias, se denominan patógenos oportunistas Beneficiosas: Las superficies corporales expuestas ofrecen un ambiente propicio, rico en nutrientes, para el crecimiento de algunos microorganismos. La biota normal se localiza principalmente en la piel, la cavidad oral y los tractos respiratorio, intestinal y genitourinario. En condiciones normales, estos microorganismos no tienen efectos negativos y compiten con otras bacterias que sí pueden tener un efecto patógeno, evitando así su proliferación. En el tracto intestinal, por ejemplo, son comunes las bacterias gram negativas, como Escherichia coli, que tiene un efecto beneficioso, ya que contribuye a la digestión de los ácidos biliares y aporta vitaminas al organismo. En las mucosas genitales habita también un gran número de bacterias y hongos (por ejemplo, Candida albicans) que pueden originar infecciones vaginales ante un descenso ocasional del ph Perjudiciales: enfermedades producidas por microorganismos en la especie humana, animales y plantas. Para crecer a expensas de un organismo hospedador y causar una enfermedad, los agentes patógenos desarrollan una serie de estrategias específicas que se resumen en cuatro pasos: entrada en el hospedador, adhesión a los tejidos del hospedador, invasión de las células del organismo y desarrollo de la infección. Entrada en el hospedador: Los microorganismos potencialmente patógenos pueden introducirse en el organismo a través de las superficies corporales (la piel y las mucosas), por heridas o abrasiones. En el cuadro siguiente se resumen las principales rutas de entrada de algunos patógenos: Transmisión Mecanismo Entrada Enfermedad Microorganismo Respiratoria Inhalación Mucosas Gripe Virus de la gripe Digestiva Ingestión Mucosas Salmonelosis Salmonella sp.

16 Sexual Contacto sexual Mucosas Sida Retrovirus del sida Cutánea Contacto Folículos pilosos Conductos Lepra Mycobacterium leprae sudoríparos Parenteral Picaduras Heridas Inyección Materno-filial Stma circulatorio Tej. internos Rabia Tétanos Virus-rabia Clostridium tetani Adhesión a los tejidos del hospedador: en la que están implicadas las cápsulas y fimbrias de las bacterias. Invasión de las células del organismo: Muchos patógenos penetran desde el lugar de contacto con el organismo hasta alcanzar las células o tejidos más idóneos para su proliferación. Para ello, se unen a moléculas específicas de la célula susceptible (receptores) y penetran posteriormente por endocitosis o por fusión de membranas. Desarrollo de la infección: Si el patógeno penetra en el cuerpo a través de la sangre o la linfa, puede diseminarse por todo el organismo y alcanzar distintos órganos provocando una infección generalizada o septicemia. La lesión en el tejido puede producirse por multiplicación del microorganismo o por las sustancias tóxicas que estos producen (exotoxinas y endotoxinas). Evasión de las defensas del hospedador: la capacidad infectiva de un organismo patógeno no sólo depende de su propia capacidad invasiva, sino también de la capacidad inmunitaria del hospedador, contra la que desarrolla distintos mecanismos de defensa: protección frente a los fagotitos, evasión del reconocimiento del sistema inmunitario. Enfermedad Agente Síntomas Tejido/organo Virus Sida Retrovirus humano Debilidad, descenso de las defensas, infecciones Células inmunitarias.

17 oportunistas. Bacterias Tuberculosis Mycobacterium Casancio, tos, fiebre, Pulmones tuberculosis dificultad respiratortia Hongos Candidiasis Candida albicans Vaginitis Epitelio vaginal Protoctistas Paludismo Plasmodium sp. Dolor de cabeza, vómitos, fiebres Sangre 2.- Biotecnología Concepto

18 La Biotecnología tradicional comprende un conjunto de procesos industriales en los que se cultivan microorganismos a gran escala para obtener productos comerciales útiles para el ser humano. Estos procesos industriales se basan, por tanto, en la potenciación de las reacciones metabólicas que los microorganismos empleados son capaces de llevar a cabo de forma natural para conseguir un rendimiento mayor. Para alcanzar este objetivo, tradicionalmente se han empleado dos métodos: La modificación de las características del microorganismo por medio de técnicas genéticas clásicas (mutación y selección). La modificación de las condiciones físico-químicas del proceso para optimizar el rendimiento. Estos procesos biotecnológicos se han aplicado básicamente a tres tipos de industrias: alimentarias, farmacéuticas y agropecuarias. De todo ello podemos extraer la siguiente definición de Biotecnología: Disciplina basada en la utilización de los seres vivos y sus componentes (bacterias, levaduras, células animales, células vegetales y enzimas) para realizar procesos químicos con interés industrial (agricultura, ganadería, farmacia, medicina, ) Microorganismos utilizados en Biotecnología. Los microorganismos que intervienen en la fabricación del pan son levaduras (hongos) de la especie Saccharomyces cerevisiae, las cuales llevan a cabo una fermentación alcohólica. Los productos obtenidos en la fermentación son: etanol, que se evapora en la cocción y CO 2, responsable de que la masa suba, es decir, aumente de volumen y se esponje, al mismo tiempo, se destruyen las células de levadura. En la fabricación del vino y la cerveza interviene la levadura Saccharomyces cerevisiae, que realiza una fermentación alcohólica semejante a la vista antes. En el caso del vino, el sustrato de la fermentación son los azúcares presentes en el mosto (zumo natural de uvas rico en fructosa y glucosa). La levadura se encuentra de forma natural en la piel de las uvas y transforma el azúcar en etanol y CO 2. La cerveza es el resultado de un procedimiento más complicado, ya que implica la germinación de las semillas de cebada para obtener malta y su tueste

19 posterior (malteado). Los azúcares presentes en la malta constituyen el sustrato para la fermentación alcohólica. El producto final se consigue mediante la incorporación de algunos aditivos, responsables del sabor amargo de la cerveza. En la elaboración del queso y las leches fermentadas (yogur, cuajada) interviene un grupo de bacterias, llamadas bacterias lácticas, que realizan fermentaciones lácticas que ocurren en condiciones controladas de ph y temperatura. El ácido láctico producido actúa como un conservante natural y evita así su deterioro por otros microorganismos. Estas bacterias, que tienen unos efectos muy beneficiosos para el ser humano, se encuentran de forma natural en la leche sin esterilizar. Las más importantes son Lactobacillus. La producción de vacunas y antibióticos es uno de los campos de aplicación de la Biotecnología que más progresos ha experimentado en los últimos decenios del siglo XX. La Biotecnología aplicada a la industria agropecuaria se centra en dos líneas principales de producción: los piensos y los insecticidas Principales técnicas empleadas en Biotecnología. Ingeniería genética: Conjunto de técnicas nacidas de la Biología molecular, que permiten manipular el genoma de un ser vivo. Consiste básicamente en: -. Introducir nuevos genes en un genoma. -. Eliminar los genes ya existentes en un genoma. -. Modificar la información contenida en un gen determinado. La ingeniería genética incluye un conjunto de técnicas biotecnológicas avanzadas como la tecnología del ADN recombinante, la reacción en cadena de la polimerasa y la terapia génica, entre otras, gracias a las cuales es posible aislar y manipular un fragmento de ADN de un organismo para introducirlo en otro, aumentar el número de copias de un fragmento determinado de ADN o corregir un defecto genético hereditario reemplazando en las células de un organismo el gen defectuoso por otro activo, capaz de fabricar la proteína necesaria en cantidad suficiente. -. Clonación de genes: Clonar un gen consiste, en esencia, en obtener un conjunto de copias idénticas de ese gen. La técnica de clonación de genes comprende varias etapas:

20 1. Obtención del fragmento de ADN que contiene el gen que se quiere clonar. 2. Inserción de dicho gen en una molécula de ADN apropiada, que sirve como vehículo o vector de clonación. 3. Introducción del vector de clonación con el gen de interés en una célula de otro organismo diferente, a la que se denomina célula hospedadora. 4. Detección del gen clonado para comprobar que se encuentra y se expresa en la célula hospedadora. 5.- Multiplicación de la célula hospedadora para obtener un número elevado de copias del gen. -. Reacción en cadena de la polimerasa (PCR): La capacidad de la ADN polimerasa para replicar el ADN, permite obtener en el laboratorio múltiples copias de un fragmento determinado de ADN. La molécula o fragmento de ADN que se desea replicar se desnaturaliza, para lo que se somete a temperaturas elevadas. Cada una de las dos hebras sirve como molde para sintetizar otra cadena complementaria. A fin de que la ADN polimerasa pueda actuar copiando cada una de las cadenas complementarias, son necesarios unos cebadores adecuados. En la mezcla de reacción debe existir, así mismo, una concentración suficiente de nucleótidos trifosfato, que componen las 2piezas de construcción de las cadenas que se van a sintetizar. El proceso que se acaba de describir constituye un ciclo de síntesis y se repetirá íntegramente. Tras 20 ciclos de síntesis se puede obtener del orden de un millón de copias de una molécula de ADN. -. Terapia génica: persigue manipular genéticamente las células del organismo enfermo de manera que ellas mismas sinteticen correctamente la molécula que falta o es defectuosa. Se persigue de esta forma un tratamiento causal, es decir, que corrija la causa de la enfermedad y no sólo sus síntomas. Con la ayuda de vectores adecuados, el gen correcto penetrará en el interior de las células del organismo y dará las instrucciones genéticas necesarias para la producción de la proteína adecuada.