Guía Docente 2013/14

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1 Universidad Católica San Antonio de Murcia Tlf: (+34) Guía Docente 2013/14 Master en Ingeniería Ambiental Environmental Microbiologia Modalidad semipresencial

2 15/12/ :07 MICROBIOLOGÍA AMBIENTAL...3 Breve descripción de la asignatura...3 Requisitos Previos...4 Objetivos...4 Competencias...4 Competencias transversales... 4 Competencias específicas... 5 Competencias generales... 5 Metodología...7 Contenidos de la asignatura...7 Relación con otras asignaturas del plan de estudio Sistema de evaluación Bibliografía Web relacionadas Recomendaciones para el estudio y la docencia Material necesario

3 MICROBIOLOGÍA AMBIENTAL Módulo: Fundamentos metodológicos. Materia:. Carácter: Formación Básica. Nº de créditos: 3 ECTS. Unidad Temporal: 1er cuatrimestre. Profesor/a de la asignatura: Dr. Dª. María Eugenia Albacete López-Mesas mealbacetelm@yahoo.es Horario de atención a los alumnos/as: el horario de atención al alumno se colgará al inicio de curso en el campus virtual de la asignatura Profesor/a coordinador de módulo, materia o curso: Dr. D. Javier Senent Aparicio Breve descripción de la asignatura Concepto e historia de la microbiología. Métodos en microbiología. Organización y estructura de la célula procariota. Energética microbiana. Cinética bacteriana. Clasificación de las bacterias. Ecología microbiana. Introducción a la biotecnología ambiental. Depuración de residuos líquidos. Metales pesados y medio ambienta Brief overview of the subject Concept and history microbiology. Methods in microbiology. Organization and structure of prokaryotic cell. Microbial energetic. Bacterial kinetics. Classification of bacteria. Microbial ecology. Introduction to environmental biotechnology. Liquid wasther purification. Heavy metals and environment. 3

4 Requisitos Previos No se establecen requisitos. Objetivos Impartir al estudiante amplios conocimientos acerca de la estructura y función de los microorganismos, así como los principales procesos metabólicos que se llevan en ellos a nivel molecular. Capacitar al estudiante del conocimientos de los diversos métodos en microbiología: técnicas en microscopía y preparación de muestras con el fin de que sea capaz de reconocer y analizar las diferentes formas bacterianas, realizar análisis microbiológicos y el manejo de equipos para llevarlo a cabo. Presentar una clasificación del mundo bacteriano con el fin de que sean capaces de reconocerlas en cualquier ambiente de estudio. Describir y analizar los principales procesos microbianos que tienen lugar en los medios ambientales, de tal manera que se comprendan en esencia los sistemas ecológicos en cuanto condicionantes de la calidad ambiental. Impartir conocimientos sobre Ecología Ambiental, para que el estudiante pueda comprender la importancia de los microorganismos en el medio ambiente y su potencial biotecnológico para la resolución de problemas medioambientales. Desarrollar en el estudiante la capacidad de aplicar los conocimientos microbiológicos en diagnóstico y control de calidad del agua. Capacitar al estudiante en la elaboración de pruebas e interpretación de análisis de laboratorio requeridas para la determinación de la calidad del agua. Impartir los conocimientos del Tratamiento de aguas residuales. Competencias Instrumentales Competencias transversales Capacidad de análisis y síntesis. Capacidad de organización y planificación.. Capacidad de gestión de la información Resolución de problemas Toma de decisiones. Personales 4

5 Trabajo en equipo. Trabajo en equipo de carácter interdisciplinar Sistémicas Aprendizaje autónomo. Adaptación a nuevas situaciones. Creatividad e innovación Liderazgo. Iniciativa y espíritu emprendedor Competencias específicas Preparación para la investigación de las interacciones dinámicas de los microorganismos y el medio ambiente a fin de que pueda contribuir científicamente en el mejoramiento y desarrollo sostenible. Para ello debe comprender y conocer los niveles de organización de los microorganismos, su estructura y función, así como los principales procesos metabólicos que se llevan en ellos a nivel molecular. Es importante el estudio de la estructura microbiana mediante métodos de microscopía y preparación de muestras que se utilizaran en su aislamiento, cuantificación e interpretación dependiendo del medio estudiado. Estas mediciones son la base no solo de labores de campo y trabajos de investigación sino que de ellas depende la adopción de medidas correctivas en el ambiente evaluado. Además de la importancia ambiental de los microorganismos y su potencial biotecnológico para la resolución de problemas medioambientales. Amplios conocimientos en Ecología Microbiana para poder así prevenir el deterioro de alimentos y materiales, mantener los suelos agrícolas fértiles, asegurar el suministro de agua potable y encontrar medios aceptables para la eliminación de materiales de desecho sólidos y líquidos, y tener la capacidad de controlar el crecimiento microbiano y las actividades de los microorganismos para el beneficio de la humanidad. La ecología microbiana permite resolver algunos de los problemas actuales de la agricultura, de la recuperación de recursos, de la salud pública y del control de la contaminación, mediante un método científico planificado. Biotecnología Ambiental y Biorremediación y las aplicaciones que tienen en este campo, ya que permiten entender la utilización de los microorganismos en la descontaminación ambiental como medio rentable para restaurar la calidad del medio ambiente.. Competencias generales Los microorganismos son una de la principales fuentes de contaminación de aire, agua y suelo, pudiendo ser algunos de ellos patógenos para el humano y otros organismos, así como causar daño a materiales. La contaminación es un problema importante en la actualidad, ocasionado principalmente por el hombre, pero algunos microorganismos que han sido estudiados durante mucho tiempo pueden contribuir a resolverlo. Algunos juegan un papel importante como indicadores de contaminación. 5

6 Los diferentes grupos de microorganismos participan en gran medida en el tratamiento biológico de residuos líquidos y sólidos. Estos tratamientos pueden ser de tipo aerobio, anaerobio ó mixto. Muchos de ellos son útiles en procesos de biorremediación de agua y suelo. Contribuyen a la fertilidad del suelo, degradando la materia orgánica de restos de animales y plantas muertos, así como por la participación de algunas bacterias en la fijación del nitrógeno atmosférico. Pueden utilizarse en el diseño y construcción de Biosensores que pueden ser utilizados en la determinación de analitos de interés ambiental. Un sin número de microorganismos son de gran utilidad en Biotecnología en la obtención de una gran variedad de productos de interés y producción de proteína de origen unicelular (Biomasa). En Ingeniería Genética existe cada vez mayor interés en mejorar la capacidad de microorganismos, para resolver problemas ambientales. Resultados de aprendizaje Capacidad de aplicar conocimientos microbiológicos en diagnóstico y control de calidad del agua, así como interpretación de análisis de laboratorio para determinar dicha calidad Reconocer las diferentes formas microbianas presentes en procesos de tratamiento biológico de aguas, así como capacitar en diagnóstico microbiológico de aguas residuales 6

7 Metodología ACTIVIDADES PRESENCIALES 20% 5 horas por ECTS % ECTS Horas por ECTS ACTIVIDADES NO PRESENCIALES 80% 20 horas por ECTS % ECTS Horas por ECTS Clases en el aula 50 % 2,50 Estudio personal 50 % 10,00 Tutorías 20 % 1,00 Lectura y búsqueda de información Prácticas 20 % 1,00 Resolución de ejercicios y trabajos prácticos Evaluación en el aula 10 % 0,50 Realización de trabajos 10 % 2,00 15 % 3,00 15 % 3,00 TOTAL 100% 5 Preparación de presentaciones orales o debates 10 % 2,00 TOTAL 100 % 20,00 Contenidos de la asignatura El programa se divide en cinco módulos: 1. Introducción y métodos microbiológicos (2 temas). 2. Estructura y energética de la célula bacteriana (4 temas) 3. Taxonomía bacteriana (1 temas) 4. Ecología microbiana (3 temas). 5. Biotecnología ambiental (4 temas). MODULO 1: INTRODUCCIÓN Y MÉTODOS MICROBIOLÓGICOS. TEMA1: Concepto e historia de la microbiología. 7

8 Los miembros del mundo microbiano. El descubrimiento de los microorganismos. Desarrollo de la generación espontánea. La edad de oro de la microbiología. El desarrollo de la microbiología industrial y la ecología microbiana. Importancia de la microbiología. El futuro de la microbiología. TEMA 2: Métodos en microbiología. Lentes y desviación de la luz. Técnicas microscópicas: El microscopio óptico, microscopio electrónico, microscopía confocal y microscopía de sonda de barrido. Preparación y tinción de muestras. Medios de cultivo y aislamiento de cultivos puros. MODULO 2: ESTRUCTURA Y METABOLISMO BACTERIANO. TEMA 3: Organización y estructura de la célula procariota. Descripción general de la estructura de la célula procariota. Membranas celulares procariotas. La matriz citoplasmática. El nucleoide. Plásmidios. La pared celular bacteriana. Paredes celulares de arqueas. Secreción de proteínas en procariotas. Componentes externos a la pared celular. Quimiotaxis. La endospora bacteriana. TEMA 4: Cinética bacteriana: Nutrición y crecimiento microbiano. Nutrición microbiana: necesidades nutricionales básicas. Necesidades de C, H, O y electrones. Tipos nutricionales de microorganismos. Necesidades de N, P y S. Factores de crecimiento. Captación celular de nutrientes. Crecimiento microbiano: el ciclo celular procariota. La curva de crecimiento. Medida del crecimiento microbiano. Cultivo continuo de microorganismos. Influencia de los factores ambientales en el crecimiento. El crecimiento microbiano en los ambientes naturales. Biopelículas: Corrosión y biodeterioro. TEMA 5: Crecimiento microbiano en ambientes naturales. Adaptaciones a las condiciones ambientales. Efectos de las variables ambientales en la supervivencia y el crecimiento microbiano. Limitaciones abióticas al crecimiento microbiano:ley de mínimo de Liebig, Ley de tolerancia de Shelford. Determinantes ambientales: Temperatura, acidez y alcalinidad, potencial redox, presión, salinidad, movimiento de aire y del agua, disponibilidad de nutrientes, oxígeno y radiación. Biofilms (biopeliiculas): Fases del desarrollo de un biofilms. Metabolismo de las biopelículas Razones para el desarrollo de un biofilms. Efectos de la presencia de biofilms en la industria (biocorrosión). TEMA 6: Energética microbiana: Energía, catabolismo y anabolismo. Energía, enzimas y regulación: descripción general del metabolismo. Energía y trabajo. Las leyes de la termodinámica. La energía libre en las reacciones químicas. La función del ATP en el metabolismo. Las reacciones de óxido-reducción y el transporte de electrones. Las enzimas. La regulación metabólica. Canalización metabólica y control de la actividad enzimática. Liberación y conservación de energía: organismos quimioorganotrofos. Respiración aerobia. Degradación de la glucosa. El ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Transporte de electrones. Respiración anaerobia. Fermentaciones. Catabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas. Quimiolitotrofía y fototrofía. Uso de la energía en la biosíntesis: metabolitos precursores. Organismos autótrofos. Síntesis de azúcares, polisacáridos, aminoácidos, purinas, pirimidinas, nucleótidos y lípidos. 8

9 MODULO 3: TAXONOMÍA BACTERIANA. TEMA 7: Clasificación de las bacterias. Evolución microbiana. Introducción a la clasificación y taxonomía microbiana. Rangos taxonónicos. Técnicas para determinar la taxonomía y filogenia microbiana. Los principales divisiones de los seres vivos. El manual de Bergey de sistemática bacteriana. Estudio de la filogenia y diversidad microbiana. Arqueobacterias. Bacterias gramnegativas no proteobacterias. Las proteobacterias. Bacterias grampositivas. MODULO 4: ECOLOGÍA MICROBIANA. TEMA 8: Introducción a la ecología microbiana y ciclos biogeoquímicos. Fundamentos de la diversidad microbiana y ecología. Ciclos biogeoquímicos: ciclos de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo. Reciclado de metales.. TEMA 9: Microorganismos en ambientes marinos y de agua dulce. Ecosistemas marinos y de agua dulce: Poblaciones, gremios y comunidades microbianas. Agua como hábitat microbiano. Gradientes. Estructuras y aspectos Biotecnológicos de las comunidades acuáticas microbianas. Comunidades microbianas en los ambientes marinos y de agua dulce. Los hábitat marinos: Ambientes marinos y distribución de microorganismos. Características y estratificación de mares y océanos.. Composición y actividad de las comunidades microbianas marinas. Los hábitat de agua dulce: Sistemas lacustres: lagos y embalses. Los ríos. El neuston. Humedales, marismas y turberas. Aguas subterráneas. Contaminación de las aguas: Contaminación de mares y océanos. Contaminación de ríos y lagos. Contaminación de aguas subterráneas. TEMA 10: Enfermedades transmitidas por el agua. Peligros microbianos relacionados con el agua de consumo: Infecciones transmitidas por el agua. Agentes patógenos transmitidos a través del agua y sus efectos en la población humana. Persistencia y proliferación en el agua. Aspectos relativos a la salud pública. MODULO 5: BIOTECNOLOGÍA AMBIENTAL. Aplicaciones de la microbiología ambiental: Breve introducción: orígenes, concepto y clasificación. Control del biodeterioro TEMA 11: Residuos sólidos urbanos. Introducción problemática medioambiental. Métodos WTRR. Residuos sólidos urbanos. Proceso aerobio o Compostaje: factores y etapas. Proceso anaerobio o Biometanización: etapas, variables de operación y arranque de la digestión anaerobia. TEMA 12: Depuración de residuos líquidos. Limnología aplicada a parámetros microbiológicos, estratificación, eutrotificación, utilización de plantas acuáticas en tratamiento de residuos líquidos. Demanda biológica de oxígeno (DBO): Sistemas de depuración de aguas residuales mediante biopelículas fijadas. Sistemas de filtros biológicos. Contador biológico giratorio. Filtros aeróbicos sumergidos. Reactores de lecho fluilizado. 9

10 Esquema de una EDAR. Sistemas de depuración de aguas residuales mediante células en suspensión: Procesos de lagunaje (Lagunas). Procesos de lodos activos Sistemas UASB. Digestores anaeróbios. Tratamientos terciarios. Desinfección. Depuración y seguridad en el suministro de agua. Análisis de la calidad del agua. Indicadores biológicos de la contaminación: Biosensores TEMA 13: Biorremediación. Biodegradabilidad y efectos ecológicos: comprobación de efectos sobre los microorganismos. Biorremediación: eficacia de la biorremediación y efectos colaterales. Enfoque de la biorremadiación: Modificaciones ambientales para la biorremediación. Siembra microbiana y bioingeniería para la biorremediación de contaminantes. Biorremediación de ecosistemas diversos: biorremediación de suelos y acuíferos contaminados y de la contaminación petrolífera marina. Biorremediación de contaminantes del aire. TEMA 14: Metales pesados y medio ambiente. Biohidrometalúrgia. Mecanismos bacterianos y aplicaciones tecnológicas. Control microbiano de la contaminación por metales pesados: biocaptación y bioabsorción. Estrategias. Relación con otras asignaturas del plan de estudio No existe esta relación por tratarse de una única materia. Sistema de evaluación El Sistema de Evaluación se concreta en: Cada uno de los temas irá acompañado de una serie de cuestiones a resolver por el alumno. Los resultados de dichas cuestiones serán avaluados y su calificación corresponderá al 50 % de la nota final. Al final del cuatrimestre se realizará un examen final que constará de preguntas tanto teóricas como practicas de la materia impartida, y se evaluará con el 50% de la nota final. La nota final será la ponderada de las dos notas. Bibliografía Bibliografía básica. Biología de los Microorganismos Brock-Madigan Editorial Pearson Educación SA Ecología Microbiana y Atlas-Bartha Editorial Pearson Educación SA Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21 th edition APHA-AWWA-WEF Microbiología Prescott, Harley y Klein Editorial Mc Graw-Hill-Interamericana de España. Educación SA 10

11 Biotecnología John E. Smith Editorial acribia, S.A. Microbiología ambiental W.D. Grant, P.E.Long Editorial Acribia, S.A. Web relacionadas Recomendaciones para el estudio y la docencia Se recomienda la asistencia a clase y seguir las pautas marcadas por el profesor. Material necesario Equipos informáticos básicos 11