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TEMA 13.
                 Microbiología y Biotecnología




Bonifacio San Millán
IES Muriedas           2º Bachillerato - Biología
MICROBIOLOGÍA

   Concepto de microorganismo:
     Clásico: Microscopio (no solo unicelulares)
     Actual: Autónomos para funciones vitales

   Clasificación: (Whittaker 1969):
     Reinos:
       Monera,  Protoctista, Fungi, (microorganismos)
       Metafitas y Metazoos ( no microorganismos)
REINOS
MICROBIOLOGÍA

Acelulares   Virus
                                                                           Heterótrofos
                                                                           respiradores
                           Archaea (Arqueobacterias)
                                                           Reino Monera     aerobios o
             Procariotas
                                                                            anaerobios
                           Bacterias (Eubacterias)         Reino Monera      Todo tipo
                                             Algas            Reino
                                                                           Fotoautótrofos
                                        unicelulares        Protoctista
                           Protistas
                                        Protozoos             Reino         Heterótrofos
Célulares                                                   Protoctista      aerobios

                                                                            Heterótrofos
                                          Levaduras        Reino Fungi
              Eucariotas                                                   fermentadores

                            Hongos          Mohos                           Heterótrofos
                                                           Reino Fungi
                                        (pluricelulares)                     aerobios

                                          ¿Hongos          Reino Fungi o    Heterótrofos
                                          mucosos?          Protozoos        aerobios
MICROBIOLOGÍA
LOS VIRUS
   CONCEPTO: organismos acelulares ⇒ No
    nutrición, no relación, si “reproducción”
   Carácterísticas:
     Parásitos obligados
     Pequeño tamaño

     Simplicidad estructural

   Clasificación :
     Según la célula hospedadora
     Según su estructura

     Según el material genético

     Virus desnudos y con envoltura
Los Virus:
Recuerda la definición de ser vivo y decide si son o no seres vivos:

- Ser natural :                                 SI ( ya que no son artificiales)

- Presenta una composición similar:
                                                Si (proteínas y ADN o ARN)
hechos del mismo tipo de sustancias

-Se organizan en unidades elementales            No (ya que no son células)

- Cumple las funciones vitales de:
                               No ( no necesitan energía, ni crecen)
    - Nutrición
    - Relación                 No (no responden a estímulos)
    - Reproducción
                               Si (ya que sus victimas fabrican nuevos virus)
                                             ADN o ARN
                                               (genes)

                                         Caja hecha de proteínas
LOS VIRUS
   Clasificación :
     Según   la célula hospedadora:
       Virus bacterianos (bacteriofagos)
       Virus vegetales
       Virus animales

     Según   el material genético:
       ADN (mono o bicatenario; lineal o circular)
       ARN (mono o bicatenario ,lineal o circular)

     Virusdesnudos y con envoltura
      (procede del hospedador env.
      Membranosa)
LOS VIRUS
 Según su estructura: Capsida (“n”
 capsómeros proteicos) + ácido nucleico
  Helicoidales: capsómeros iguales ej. VMT
  Icosaédricos: capsómeros distintos ( →
   poliedro, 20 caras ej. v. de la hepatítis A)
  Virus complejos: cabeza icosaedrica +
   cola helicoidal (bacteriofagos) ej. T4
LOS VIRUS

 HELICOIDALES
LOS VIRUS

 ICOSAEDRICO
LOS VIRUS




COMPLEJOS
(bacteriofagos)
LOS VIRUS
   MÉTODOS DE ESTUDIO
       Cultivos celulares
        apropiados (según el
        hospedador) → placas
        petri
   Tipos (ejemplos)
LOS VIRUS (bacteriofagos)
   C. LíTICO: (bacteriofagos ej. fago T4)
     1º Adsorción: fijación específica (fibras caudales)
     2º Penetreación (lisozima y ATP) ⇒ inyección del ADN

     3º Eclipse: Expresión de ARNm vírico:

       a) endonucleasas víricas ⇒ digestión de ADN bacteriano
       b) replicación (con aparato enzimático bacteriano) ⇒ ↑ ADN vírico
       c) transcripción y traduccíón de prot. víricas (capsómeros , lisozima
        y endolisina)
     4º Acoplamiento o maduración (autoemsamblaje) ⇒ Nuevos
      fagos
     5º Liberación y Lisis bacteriana (endolisina) ⇒ Liberación de
      nuevos fagos
LOS VIRUS (bacteriofagos)
   C. LISOGÉNICO: (“fagos atenuados” ej. fago λ)
     1º y 2º Adsorción y Penetración similar a c. lítico
     3º Inserción del ADN vírico en genoma bacteriano ⇒ profago
      (latente, no expresable y heredable)
     4º Inducción (agentes físicos o químicos) ⇒ respuesta lítica

     Respuesta lítica:

         3ºEclipse: Expresión de ARNm vírico:
       4º Acoplamiento o maduración (autoemsamblaje) ⇒ Nuevos fagos
       5º Liberación y Lisis bacteriana (endolisina) ⇒ Liberación de
        nuevos fagos
LOS VIRUS (bacteriofagos)
5º Liberación
y Lisis bacteriana              1º Adsorción




                     2º Penetración




                                          3º Inserción del
                           3º Eclipse     ADN vírico ⇒ profago



4º Acoplamiento               4º Inducción :
(autoemsamblaje)              Respuesta lítica
LOS VIRUS (bacteriofagos)
LOS VIRUS
   VIRUS DEL SIDA
           de RETROVIRUS ⇒ VIRUS CON ARN Y
     Familia
      TRANSCRIPTASA INVERSA
   ESTRUCTURA
   ESTRUCTURA:

     Envoltura
         Espículas víricas:
          gp120, 41
         Matriz: p 17,18
         Bicapa: hospedador
     Capside        ext.:
         P 24, 25
     Nucleocapside:
         ARN +p 6, 7
     Enzimas        víricas:
         Integrasa
         Retrotranscriptasa
         Proteasa
Ciclo vital
 del VIH
Ciclo vital del V.I.H.
   1º Adsorción:
       Interacción especifica gp 120 y gp 41 (receptores de endocitosis) de membrana de Linfocitos T4
   2º Penetración: endocitosis
       (fusión de membranas)
   3º Liberación de ARN vírico y retrotranscriptasa
       ⇒ síntesis de hebra hibrida ARN-ADN (retrotranscripción)
       replicación de la hebra de ADN ⇒ ADN2c Vírico
       ⇒ inserción en ADN celular (integrasa) ⇒ lisogénica (provirus → fase de latencia, individuos
        portadores, seropositivos)
   4º transcripción y traducción
       ⇒ copias de ARN y proteínas víricas (cápside, envoltura y enzimas)
   5º Autoensamblaje y emigración de gp de membrana en región exocítica
   6º Liberación y maduración:
       Exocitosis ⇒ envoltura vírica (proteasa, fragmenta cadenas   polipeptídicas ⇒ autoensamblaje
        definitivo)
LOS VIRUS
    ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS VIRUS
     Postcelulas:
       Adaptación al parasitismo, tb plásmidos y viroides
     Precélulas:

       Plásmidos, viroides y transposones intercelulares

   ASPECTOS PERJUDICIALES
       Patogeneidad ⇒ enfermedades
       Virus oncogénicos ⇒ cáncer (lisogenia)
   ASPECTOS BENEFICIOSOS
       Procariotas: Fuente de variabilidad en Bacterias (transducción en c. Lisogénico)
       Eucariotas: Fuente de variabilidad, Biotecnología y Terapia genética: vectores
        genético
R. MONERA
   Clasificación
     Según     nutrición
         Según fuente de “C”
              Autótrofas
              Heterótrofas
              Fotoautótrofos facultativos
         Según fuente de energía :
              Fototrofos
              Quimiotrofos
                  Quimiolitotrofos

                  Quimiorganotrofos fermentadores

                  Quimiorganotrofos respiradores:

                 • aerobios

                 • anaeróbios
R. MONERA
      Clasificación (algunos ejemplos)

Heterótrofos:
        •Aerobios estrictos: Mycobacterium tuberculosis
•Anaerobios estrictos: Clostridium tetani
•Anaerobios aereotolerantes: Bacterias lácticas (Lactobacillus bulgáricus)
•Anaerobios facultativos: Escherichia coli
•Fotoheterótrofos: Bacterias purpureas no sulfúreas
Autótrofos:
        •Fotoautótrofos oxigénicos: cianofíceas (Nostoc)
•Fotoautótrofos anooxigénicos: bacterias sulfúreas verdes y purpuras
•Quimiolitotróficos: Bacterias nitrificantes (Nitosomonas)
R. MONERA
   Clasificación (cont.)
     Según modo de vida
       No dependiente de hospedador:
           Autótrofas : Quimio y fotoautótrofas
             Heterótrofas: Saprófitas (descomponedoras)
                Foto o quimioheterótrofas

         Dependiente de hospedador:
          Heterótrofas :
              Simbióticas (Biota normal)

              Parásitas (patógenos)
R. MONERA
   Sistemática
     Eubacterias:      bacterias verdaderas
         Con Pared:
              Gram + : quimioorganotróficas Ej. Streptomyces
              Gram -: De todo, ej. Escherichia coli y Cianobacterias
         Micoplasmas: No pared celular, parásitos obligados.
              ej. Micoplasma pneumoniae.
     Arqueobacterias  (Tronco evolutivo diferente.
      Condiciones extremas)
       Halófitas: medios salinos.
       Termoacidófilas: ↓pH, ↑Tª. Ej. Thermus aquaticus
       Metanógenas
R. MONERA
   Sistemática
     Eubacterias:      bacterias verdaderas
         Con Pared:
              Gram + : quimioorganotróficas Ej. Streptomyces
              Gram -: De todo, ej. Escherichia coli y Cianobacterias
         Micoplasmas: No pared celular, parásitos obligados.
              ej. Micoplasma pneumoniae.
     Arqueobacterias  (Tronco evolutivo diferente.
      Condiciones extremas)
       Halófitas: medios salinos.
       Termoacidófilas: ↓pH, ↑Tª. Ej. Thermus aquaticus
       Metanógenas
R. MONERA
   Reproducción
       Bipartición
R. MONERA
   Fuentes de variabilidad
       Mutaciones
       Fenómenos parasexuales
R. MONERA
   Recordatorio
R. PROTOCTISTA
 R.   PROTOCTISTA (Uni y pluricelulares)
   Concepto:   Eucariotas. Sin tejidos
   Clasificación:
       Protistas (protoctistas unicelulares)
       Algas unicelulares:
           FOTOAUTÓTROFAS .

           Lugares húmedos. Libres, coloniales o simbióticas

            Ej. Euglena, diatomeas, dinoflagelados
       Protozoos: HETERÓTROFOS
           Quimiorganoheterótrofos

           Libres o parásitos. Ej. Paramecium sp, Entamoeba

            histyolítica, Tripanosoma gambiense, Plasmodium sp
R. PROTOCTISTA
          Algas   unicelulares:
             FOTOAUTÓTROFAS .
             Lugares húmedos. Libres, coloniales o simbióticas

              Ej. Euglena, diatomeas, dinoflagelados

Euglena               Diatomeas              Dinoflagelados
R. PROTOCTISTA
Protozoos:
   HETERÓTROFOS(quimiorganoheterótrofos).
   Libres o parásitos.
   Ej. Paramecium sp, Entamoeba histyolítica, Tripanosoma
    gambiense, Plasmodium sp.
   Clasificación:
       Ameboideos o Sarcodinos
       Ciliados
       Flagelados
    
        Esporozoos
PROTOZOOS
        Ciliados




             Flagelados



Esporozoos




             Sarcodinos
R. FUNGI
Concepto:
   Heterótrofos.

   Con pared celular DE CELULOSA O QUITINA

   Asimilación por absorción . Talo (los pluricelulares)

Características

   Descomponedores (saprofitos) ⇒ Reciclador


   Clasificación:
               Mohos: Pluricelulares (hifas y cuerpos fructíferos → esporas)
                ⇒ ej. Penicillium notatum
               Levaduras: Unicelulares → gemación
                ⇒ ej. Saccharomyces cerevisiae.
R. FUNGI
   Clasificación:
               Mohos: Pluricelulares (hifas y cuerpos fructíferos → esporas)
                ⇒ ej. Penicillium notatum
               Levaduras: Unicelulares → gemación
                ⇒ ej. Saccharomyces cerevisiae.
                                                                Mohos
         Levaduras
Bacterias                             Algas                       Protozoos                  Hongos


Estructura      Eubacterias:                                - C. Eucariota                 - C. Eucariota           -C. Eucariota
                - C. Procariota                             - Pared de celulosa            - Sin pared              - Pared de quitina y/o
     celular    - Pared de peptidoglicanos                  - Con cloroplastos             - Sin cloroplastos               celulosa
                (salvo micoplasmas, sin pared)              - Uni y multicelulares         - Unicelulares           - Sin cloroplastos
                - Unicelulares                                                                                      - Uni y multicelulares:
                Arqueobacterias:                                                                                    o       Uni: levaduras
                - C. Procariota                                                                                     o       Mul: Mohos)
                - Pared sin peptidoglicanos
                - Unicelulares


Nutrición       Todos los posibles:                         Fotoautótrofos (fotosíntesis   Heterótrofos:            Heterótrofos:
(Metabolismo)   Autótrofos:                                        oxigénica)              (Quimiorganotrofos)      (Quimiorganotrofos)
                •Fotoautótrofos (fotosíntesis oxigénica y                                  •Respiradores aerobios   •      Respiradores
                anoxigénica)                                                                                               aerobios (mohos)
                •Quimiolitotróficos                                                                                 •      Fermentadores
                Heterótrofos:                                                                                              (levaduras)
                •Fotoheterótrofos
                •Quimiorganotroficos:
                oRespiradores aerobios
                •Respiradores anaerobios
                •Fermentadores


Modo de         A) Independiente de un hospedador:          A) Independiente de un         A) Independiente de un   •     Vida libre
                •Autótrofos:                                         hospedador:                  hospedador:             (inmóviles):
vida                      oFoto y quimiosintéticos                   Fotoautótrofas        •      Vida libre        •     Asimilación por
                •Heterótrofos:                              (los m.o. ,vida libre)         B) Dependientes de un          absorción
                •Fotoheterótrofos y saprofitos              B) Dependiente de un                  hospedador:       •     Simbióticos:
                B) Dependientes de un hospedador:                    hospedador:           •      Parásitos         •     Hospedador:
                •Simbióticos                                e        Simbióticas           •      Inquilinos              (líquenes)
                •Parásitos                                  (ej. líquenes)                                          •     Huésped:
                                                                                                                    (Candida)
                                                                                                                    •     Parásitos:
                                                                                                                           Trichophiton sp. (pie
                                                                                                                           de atleta)

Papel en la     Ocupan Todos los niveles tróficos:          Productores:                   Consumidores             Descomponedores
                •      Productores: Autótrofos                    (fitoplancton)                                         saprófitos:
Naturaleza      •      Consumidores:                                                                                     (recicladores)
                  ej. Parásitos
                •      Descomponedores (recicladores):
                o      Saprófitos
                o      Mineralizadores
1. Reino                                                             2. Reino                                         3. Reino
                     MONERA:Las bacterias                                                   PROTOCTISTA                                         HONGOS

            Recuerda                                                                  Recuerda          Pueden ser                      Pueden ser             Recuerda
                                             Pueden ser
                                                                                                                                                           •     Son Eucariotas
      • Son procariotas                                                     • Son Eucariotas                                                               •     No tienen tejidos
      • Son unicelulares                                                    • Son unicelulares                Pluricelulares      Unicelulares
                                                                                                                                                           •     Si tienen pared
      • Viven en cualquier ambiente        Según         Según              o pluricelulares                         s
                                                                                                                                                                 celular
      • Son microorganismos:                 su            su               • No tienen tejidos                                                            •     Necesitan humedad
     -Miden de 1 a 10 micras (µ)           forma        utilidad                                                 • mohos           Levaduras
                                                                                                                 • setas (X)

                                                                                                                                           útiles para fabricar       son
                                                                                                                          Las setas
                                                                            Heterótrofos          Autótrofos:             presentan
Cocos                                                                                                                                            Pan, vino,
                                                                                                  fotosíntesis            una parte            cerveza, etc.        Heterótrofos
Bacilos
                                  •    Perjudiciales:
Vibrios
                              Patógenos (enfermedades)
Espirilos
                                  •    Beneficiosos:                             Protozoos                  Algas                       Micelio con               Seta: aparato
                              antibióticos, alimentos (yogur)                                                                              hifas                  reproductor

    Que se agrupan                                                                                      Recuerda
       para dar                                                    Recuerda                                                                útiles
                                                                                                                         Tipos                            Subterráneo           Aéreo
     colonias como                                                                                                                         como
                                 • Son unicelulares
                                                                                Según su          • Tienen pared celular
                                 • Son microorganismos                                                                                               Fertilizantes
                                                                               movimiento         • Son acuáticos:
                                 • No tienen pared celular                                                                                           Medicamentos
                                                                               pueden ser         Bentónicas (en el fondo)
                                 • Pueden ser parásitos P                                                                                            Alimento, etc.
                                 (patógenos) o de vida libre L                                    Planctónicas (flotan)
                                                                                                                                                     Ej. OCLE




                                  Ciliados:LP             Flagelados: P          Esporozoos P         Rizopodos:LP             Verdes                 Pardas                Rojas
                                      Con cilios             Con flagelos            Inmóviles          psedópodos

                                                                                                                     Pueden ser                     son            Pueden ser
 (X) NO SON MICROORGANISMOS
 Los microorganismos eucariotas                                                                                    Unicelulares                                     Unicelulares
                                          Paramecio L       Tripanosoma P         Plasmodium P      Ameba L                                Pluricelulares (X)
 miden de 10 a 100 µ                                                                                               Pluricelulares (X)                               Pluricelulares (X)
PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LA
                  BIOSFERA
                               
   LOS MICROORGANISMOS Y LOS CICLOS DE LA MATERIA
RELACIÓN DE LOS ORGANISMOS
      CON LOS SERES SUPERIORES
   Simbióticos, mutualistas o comensales:
     Biotanormal (normalmente simbiótica), “Flora
     microbiana”
     Localización:
       Piel   (Propionibacterium acnes, Staphylococcus epidermidis
        )
       Boca (Streptococcus nutans)
       Vías respiratorias (Streptococcus pneumoniae)
       Vías intestinales ( Escherichia coli)
       Genitourinarias (Candida albicans).
RELACIÓN DE LOS ORGANISMOS
      CON LOS SERES SUPERIORES
   Parásitos y parásitos oportunistas: Patógenos
     Fases   de la infección
       Entrada:  piel, mucosas, heridas o vectores (insectos, etc)
       Adhesión: (cápsula y fimbrias)
       Invasión: (receptores y endocitosis o fusión de
        membranas)
       Desarrollo de la infección: localizada o generalizada
        (septicémia)
     Causas   de las lesiones:
       Directa de las células ⇒ lisis
       Factores de virulencia ⇒ alta proliferación microbiana
       Toxinas ( Endo y exotoxinas): ej botulismo
Tipos de agentes infecciosos microbianos, enfermedades y medios de transmisión
                                                                                                 Picaduras
Tipo de agente           Aire           Piel y Heridas      Fluidos       Agua y alimentos
                                                                                                Mordeduras
                                                                          Encefalopatía
   Priones                                                                espongiforme
                                                                          en mamíferos
                        Gripe
                      Resfriado                              Sida.            Polio.
                                                                                                  Rabia.
    Virus             Paperas.                            Hepatitis B        Viruela
                                                                                              Fiebre amarilla
                     Sarampión                           Herpes genital     Hepatitis A
                       Varicela
                      Neumonía
                     Tuberculosis                                             Cólera
                   (Mycobacterium        Gangrena
                                                                          (Vibrio colera)
                    tuberculosis)         Tétanos
                                                            Sífilis       Salmonelosis            Peste
  Bacterias           Meningitis        (Clostridium
                       Tosferina                           Gonorrea       Toxiinfección      (Yersinia pestis)
                                           tetani)
                  Faringitis Catarros                                      clostridium
                                            Lepra
                        Difteria                                             Diarreas
                      Brucelosis

                                                                                                  Malaria
                                                                                               (Plasmodium
                                        Toxoplasmosi                        Disentería           malariae)
 Protozoos
                                             s                              amebiana          Enfermedad del
                                                                                                   sueño
                                                                                             (Tripanosoma sp)
                                            Tiña          Candidiasis
                   Aspergilosis
                                        Pie de atleta     (la levadura
                  Histoplasmosis
   Hongos                                (diferentes        Candida
                  Coccidiomicosis
                                           mohos)           albicans)
BIOTECNOLOGÍA
 Concepto
 MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL

     Concepto:Explotación humana del metabolismo
      microbiano
     Métodos:
       Optimización del microorganismo: mutación y selección ⇒
        cepas muy productoras
       Optimización de las condiciones F-Q ⇒ alto rendimiento

     Tipos
       Industria alimentaria
       Industria farmacéutica
BIOTECNOLOGÍA

   INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
     Ferment.     alcoholica (S. Cerevisae)
         ⇒ C6H12O6 → 2 CH3-CH2OH + 2CO2 + 2ATP
             1.- Pan :
                 C H O (Hidrólisis de almidón) → 2 CH -CH OH
                    6 12 6                              3  2

                ( evaporación ) + 2CO2 (esponjosidad) + 2ATP
           2.- Vino:
               C H O ( glucosa de uva) → 2 CH -CH OH (grado) + 2CO
                   6 12 6                      3    2               2
                 (evaporación) + 2ATP
           3.- Cerveza:
               C H O ( cebada germinada ) + lúpulo (amargor) →
                   n 2n n
BIOTECNOLOGÍA
   INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
     Ferment.láctica (Lactobacillus bulgaricusi, Streptococus
     thermophilus, etc)
         ⇒ C6H12O6 → 2 CH3 - CHOH-COOH + 2ATP
              1.- Queso:
                  Renina + ac. Láctico (bacterias lácticas) ⇒ coagulación y

                   precipitación proteica (cuajo)
                  Filtración ⇒ suero + cuajada

                  Maduración : Otros microorganismos (ej. Penicillium )⇒ Variedades

                 También Fermentación heteroláctica:
                 lactosa → 2 Etanol + 2 Lactato + 2CO2 (quesos con agujeros)
              2.- Productos lácticos : Bacterias lácticas + aditivos
BIOTECNOLOGÍA
   INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
     INDUSTRIA        FARMACÉUTICA:
         Vacunas:
              Atenuación:
                  Formaldehído

                  Cultivos límite : Sucesivos pases

     Antibióticos
       Fermentadores (quimiostato)
       Extracción
              Directa (insolubles)
              Precipitación (solubles)
         Purificación
BIOTECNOLOGÍA
 Antibióticos
     Fermentadores (quimiostato)
                                    Permite mantener el
                                    crecimiento microbiano,
                                    permanentemente en fase
                                    exponencial.
INGENIERÍA GENÉTICA y
         BIOTECNOLOGÍA MODERNA
 Concepto: Técnica de manipulación de un
  genoma
 Técnicas fundamentales

     Tecnología     del ADN recombinante:
       Endonucleasas     (enz. de restricción) y DNA-ligasas
            Concepto de microorganismo transgénico
            Ejemplo de Producción de insulina por microorganismos
             transgénicos
                 Saccharomyces cerevisiae modificado

     PCR    (Reacción en cadena de la polimerasa):
       Amplificación   del ADN
INGENIERÍA GENÉTICA y
         BIOTECNOLOGÍA MODERNA
   Tecnología del ADN recombinante
     “Herramientas      básicas”:
       Endonucleasas     (enz. de restricción)
       DNA-ligasas
            Concepto de microorganismo transgénico
            Ejemplo de Producción de insulina por
             microorganismos transgénicos
                Saccharomyces cerevisiae modificado
Tecnología del ADN recombinante
•   Obtención del fragmento de ADN que contiene el gen que se desea clonar. (enzimas
    de restricción)
•   Inserción de dicho gen en una molécula de ADN apropiada, que sirve como vector
    de clonación: (plásmidos, bacteriofagos), etc. Se utilizan enzimas de restricción
    y DNA-ligasas
•   Introducción del vector de clonación con el gen de interés en una célula de otro
    organismo diferente, a la que se denomina célula hospedadora.
•   Detección del gen clonado para comprobar que se encuentra y se expresa en la
    célula hospedadora. (inserción de genes acompañantes y detectables:
    autorradiografía, resistencia a antibióticos)
•   Multiplicación de la célula hospedadora para obtener un número elevado de copias
    del gen.
APLICACIONES DE LA
                     INGENIERÍA GENÉTICA
   Microorganismos transgénicos y su uso industrial
       Fermentaciones microbianas con organismos modificados
        (antibióticos)
       Obtención de proteínas de mamíferos:
           EJ. INSULINA (Saccharomyces cerevisiae )
       Vacunas:
       Obtención de vacunas
         Antígenos aislados (ej. Hepatitis B)
       Obtención de animales y vegetales transgénicos
       Producción microbiana de Enzimas:
       Proteasas, renina, amilasas, etc.
       Biotecnología ambiental:
   Diagnóstico       y terapia genética
¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS
              MICROORGANISMOS?
   1º Esterilización y técnicas asépticas (materiales)
   2º Medio de cultivo (genérico o específico): líquido o sólido (agar)
   3º Esterilización y conservación del medio: autoclave y nevera 4ºC
    (sin luz)
   4º Toma de muestras (ej. bastoncillo) y siembra (asa de siembra)
   5º Incubación (estufa), durante periodos de tiempo determinados
   6º Aislamiento (toma de muestra monoclonal, de una colonia
    únicamente)
   7º Resiembra en medio genérico o selectivo (ej. Lactosa, 45 ºC para
    E. coli)
   8º Pruebas bioquímicas diferenciales (ej. catalasa, Indol, …)
   9º Tinción (ej. tinción de Gram)
   10º. Observación con microscopio (mínimo 1000x)
¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS
                MICROORGANISMOS?
   1º Esterilización y técnicas asépticas
       Procesos físicos
           Calor
                 Calor húmedo: Autoclave: Por vapor
                     Condiciones: 121ºC durante 15-20 min, 2 atm.

                 Calor seco: Estufa
                     Condiciones: Entre160 y 180ºC, de1.5 y 3hs

           Radiaciones
                 Ionizantes: rayos X y Gamma
                 No ionizantes: U.V.
       Procesos químicos (oxidantes)
           oxido de etileno (C2H4O)
           aldehídos (formaldehído)
           agua oxigenada
¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS
               MICROORGANISMOS?
   2º Medio de cultivo (genérico o específico): líquido o sólido (agar)
       Esterilización y conservación del medio: autoclave y nevera 4ºC (sin luz)




                  Medio líquido                            Medio sólido
¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS
            MICROORGANISMOS?
   4º Toma de muestras (ej. bastoncillo) y siembra
    (asa de siembra)
¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS
            MICROORGANISMOS?
   5º Incubación (estufa), durante periodos de
    tiempo determinados
¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS
             MICROORGANISMOS?
   6º Aislamiento (toma de muestra monoclonal, de una colonia
    únicamente)
   7º Resiembra en medio genérico o selectivo (ej. Lactosa, 45 ºC
    para E. coli)




                                    Clon
¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS
                 MICROORGANISMOS?

   8º Pruebas bioquímicas
    diferenciales:                             Gram +
    (ej. catalasa, Indol, …)              Ej. Lactobacillus
       Ej. E. coli (Indol +)
       Enterobacter (Indol -)
       Ej. Staphilococcus (catalasa +)
       Ej. Streptococcus (catalasa -)

                                              Gram –
   9º Tinción                               Ej. E. coli
       (ej. tinción de Gram)
¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS
            MICROORGANISMOS?
   10º. Observación con microscopio (mínimo 1000x)
TEMA 13
TEST DE REPASO
¿Qué tienen en común un hongo, una bacteria y un protozoo para que los tres
se estudien bajo el epígrafe de microorganismos?. A nivel nutricional ¿qué
diferencias o similitudes presentan entre sí?. Cita un ejemplo de parasitismo y
otro de simbiosis que conozcas en la naturaleza y en la que intervengan
respectivamente, cada uno de los tres tipos de organismos citados.
•   “Vida” (funciones vitales) a partir de estructura unicelular o
    agrupación multicelular simple.

b)
• Hongo: heterótrofo fermentador (anaerobio: levaduras) o heterótrofo
   aerobio (mohos)
• Protozoo: heterótrofo aerobios (respiradores)
• Bacterias: Todos los metabolismos posibles (autótrofos,
   heterótrofos)
c)
Parasitismo:
• Hongo :Candida albicans ⇒ candidiasis
• Protozoo: Plasmodium falciparum ⇒ Malaria
• Bacteria: Treponema palidum ⇒ Sífilis
Simbiosis:
• Hongo: líquenes, Cándida.
• Protozoo: alga intracelular, flagelados + termitas,+ espiroquetas, etc.
• Bactéria: E. coli+ humano, Rhizobium + leguminosa, etc.
Teniendo en cuenta los diferentes tipos de bacterias, según su tipo de nutrición y
estilo de vida, indicar de donde obtienen en cada caso los siguientes elementos:
N,C,P. Razona la respuesta.

Según tipos de nutrición: Fuente de materia
   Autótrofas : N: sales (nitratos) o aire, P: sales (fosfatos) C: CO2) ⇒
   moléculas inorgánicas
    Heterótrofas :N: Proteínas, AC. Nucleícos. P: Fosfolípidos, etc. C:
   Glúcidos,…) ⇒ moléculas orgánicas
   incluso fotoautótrofos facultativos de manera que pueden recurrir a
   metabolismos quimioheterótrofos en ausencia de luz y CO2.
Según la fuente de energía:
   Fototrofos (luz) o quimiotrofos (quimiolitotrofos, quimiorganotrofos
   respiradores (aerobiocos o anaeróbicos), fermentadores)
Formas de vida:
        La respuesta es larga y debe incluir bacterias de vida libre (foto y
        quimioautotrofas, saprófitas) parásitas y simbióticas
Cita un ejemplo de mutualismo en el que intervenga, en cada caso, un
microorganismo y: a) una planta verde, b) un vertebrado. Indicando en ambos
casos qué aporta cada organismo participante en la simbiosis, y que
beneficio obtiene cada uno en el proceso.

a) Rhizobium sp (fijación de N2 del aire) + leguminosas ( humedad,
protección, alimento, en raíces)
b) Arqueobacterias metanógenas (digieren celulosa) + rumiantes
(alimento), E. coli (vitamina K, digestión y competencia con patógenos +
humano (alimento y medio)

Indica las principales similitudes y diferencias entre hongos y bacterias
haciendo referencia a su estructura celular, estilo de vida, tipo de nutrición y
papel en la naturaleza.

Hongos: Eucariotas, uni o pluricelulares, pared celular (quitina o
celulosa), Por absorción, heterótrofos aeróbios o fermentadores,
saprófitos (descomponedores) ⇒ MO → MI (recicladotes)

Bacterias: Procariotas, unicelulares, pared celular (mureína), todos los
metabolismos posibles, variedad de modos de vida: parasitos,
simbiontes, saprófitos (descomponedores)
Define el concepto de virus. ¿Se pueden considerar seres vivos? En la
naturaleza ¿tienen algún aspecto beneficioso para los seres vivos? Razona la
respuesta.

Organismos situados entre lo vivo y lo inerte constituidos por
moléculas de ácido nucleico (ADN o ARN) en el interior de una cápside
de naturaleza proteica. No ya que no llegan al nivel celular y no cumplen
las funciones vitales de relación y nutrición, se reproducen utilizando el
aparato enzimático de la célula a la que invaden por lo que son
parásitos obligados. Realmente es la célula huésped quien fabrica
nuevos virus. En la naturaleza actúan como “transposones”
intercelulares permitiendo el intercambio de genes de manera que
suponen una importante fuente de variabilidad genética, esto es
especialmente importante en el caso de los bacteriófagos en los
procesos parasexuales de transducción. Por tanto favorecen los
procesos evolutivos tanto en procariotas como en eucariotas. Desde el
punto de vista sanitario la transducción puede generar resistencia a
antibióticos en bacterias.
Dibuja la estructura de un fago T4, indicando las partes más importantes y la
naturaleza molecular de cada una de ellas. Describe además, mediante un
dibujo, su ciclo biológico. Dibuja también el ciclo lisogénico de un fago
atenuado.
Dibuja la estructura de un fago T4, indicando las partes más importantes y la
 naturaleza molecular de cada una de ellas. Describe además, mediante un
 dibujo, su ciclo biológico. Dibuja también el ciclo lisogénico de un fago
 atenuado.

5º Liberación
y Lisis bacteriana              1º Adsorción




                     2º Penetración




                                          3º Inserción del
                           3º Eclipse     ADN vírico ⇒ profago



4º Acoplamiento               4º Inducción :
(autoemsamblaje)              Respuesta lítica
Dibuja la estructura del virus del SIDA señalando las partes más importantes
del mismo, indicando en cada caso qué tipo de biomoléculas (proteínas,
lípidos, glicoproteínas, etc) componen cada una de ellas.
 Envoltura
     Espículas víricas: gp120, 41
     Matriz: p 17,18
     Bicapa: hospedador (prot + lípidos)
      de membrana
 Capside        ext.:
     P 24, 25
 Nucleocapside:
     ARN + p 6, 7
 Enzimas víricas
 (proteicas):
     Integrasa
     Retrotranscriptasa
     Proteasa
Explica brevemente (no más de 10 líneas) la relación existente entre
microorganismos, ingeniería genética , transgénico y biotecnología.

Algunas hormonas ( insulina, hormona del crecimiento),
somatrotropina (hormona del crecimiento) y proteínas de la sangre
(eritropoyetina, factores de coagulación, interferón o anticuerpos)
tienen un interés médico y comercial extraordinario. La obtención de
estas proteínas antes de la era biotecnológica se realizaba mediante su
extracción directa a partir de tejidos o fluidos corporales. La
biotecnología actual, gracias a la ingeniería genética basada en la
tecnología del ADN recombinante, se clonan e insertan los genes de
ciertas proteínas humanas en microorganismos adecuados para su
fabricación comercial. Un ejemplo típico es la producción de insulina
humana a partir E. coli y mejor aún a partir de la levadura
Saccharomyces cerevisiae, en la cual se clona el gen de la insulina
humana convirtiéndola en un ejemplo de microorganismo transgénico.
Describe un método de esterilización químico y otro físico, indicando en
cada caso qué es lo que provoca la muerte del microorganismo.
Físico: calor, utilizando el autoclave (calor húmedo: 121ºC, 15-20´, 2
atm ) que se asemeja a una olla a presión o calor seco con estufas
(±170ºC, durante ± 2h.) , radiaciones o Químicos: óxido de etileno
(C2H4O), agua oxigenada, ozono etc. sustancias letales para los
microorganismos, por el hecho de ser potentes oxidantes.


La bacteria Escherichia coli es un huésped en el intestino humano, por lo
general es fácilmente cultivable en el laboratorio, ya que sus necesidades
nutricionales no son excesivas. ¿Cómo cultivarías en el laboratorio esta
bacteria? ¿qué tipos de nutrientes básicos le suministrarías? Razona la
respuesta.
Técnicas asépticas + medio estéril ⇒ métodos de esterilización de recipientes e
instrumental
Líquido: Agua + glucosa o lactosa. Y como mínimo nitrógeno, azufre, fósforo y
sales inorgánicas, así como condiciones de Tª, presión de oxígeno y pH
adecuados. Sólido: + agar-agar (solidificante) en Placa Petri. Para aislarla e
identificarla: medio con lactosa a 45ºC y pruebas bioquímicas específicas como
la del Indol.
Nota: La mayoría del resto de los coliformes (Enterobacter, Klebsiella,…) no se
desarrollan a estas Tª y sí lo hacen como mesofilos a 37º C y en caldo lactosado
al igual que E. coli.
¿Cómo harías para demostrar experimentalmente la presencia de
microorganismos en el ambiente? Razona cada uno de los pasos a
seguir. ¿Cómo sabrías –apoyándote en los resultados obtenidos en el
ensayo anterior- si se trata de bacterias, hongos o virus?

1º Esterilización y técnicas asépticas
a) Toma de muestras, cultivo esteril y genérico., observación de
2º Medio de cultivo (genérico y microscópica (tinciones) y pruebas
estructuras macro (colonias) o específico): líquido o sólido (agar)
3º Esterilización y conservación del medio: autoclave y nevera 4ºC (sin luz)
bioquímicas específicas (catalasa, etc.).
4º Toma de muestras (ej. bastoncillo) y siembra (asa de siembra)
Colonia monoclonal
b) Diferentes cultivos selectivos (condiciones específicas):
5º Incubación (estufa), durante periodos de tiempo determinados 6º
Bacterias: medios genéricos. Para identificar bacterias específicas:
Aislamiento (toma de selectivas + pruebas bioquímicas (catalasa,
medios y condicionesmuestra monoclonal, de una colonia únicamente)
7º Resiembra en medio genérico o selectivo (ej. Lactosa, 45 ºC para E. coli)
indol, etc.)
8º Pruebas bioquímicas para hongos: líquido o sólido (agar)
Hongos: medios cultivo diferenciales (ej. catalasa,indol, …) +
9º Tinción orgánicos de Gram)
nutrientes (ej. tinción + vitaminas, oligoelementos, etc) + pH ácido +
10º. Observación con microscopio ha de ser ligeramente ácido para
antibióticos antibacterianos. El pH (mínimo 1000x)
facilitar el crecimiento de los hongos e inhibir al mismo tiempo el
desarrollo de otros microorganismos. Se añadirán antibióticos
antibacterianos para inhibir el crecimiento de las bacterias
saprofitas que suelen contaminar las muestras. Los más usados
son el Cloranfenicol y la Gentamicina.
Virus: Parásitos obligados, solo crecerán si el medio contiene
cultivos celulares. Si se observan calvas de crecimiento en los
mismos, es indicativo de presencia de virus.

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Microbiología

  • 1. TEMA 13. Microbiología y Biotecnología Bonifacio San Millán IES Muriedas 2º Bachillerato - Biología
  • 2. MICROBIOLOGÍA  Concepto de microorganismo:  Clásico: Microscopio (no solo unicelulares)  Actual: Autónomos para funciones vitales  Clasificación: (Whittaker 1969):  Reinos:  Monera, Protoctista, Fungi, (microorganismos)  Metafitas y Metazoos ( no microorganismos)
  • 4. MICROBIOLOGÍA Acelulares Virus Heterótrofos respiradores Archaea (Arqueobacterias) Reino Monera aerobios o Procariotas anaerobios Bacterias (Eubacterias) Reino Monera Todo tipo Algas Reino Fotoautótrofos unicelulares Protoctista Protistas Protozoos Reino Heterótrofos Célulares Protoctista aerobios Heterótrofos Levaduras Reino Fungi Eucariotas fermentadores Hongos Mohos Heterótrofos Reino Fungi (pluricelulares) aerobios ¿Hongos Reino Fungi o Heterótrofos mucosos? Protozoos aerobios
  • 6. LOS VIRUS  CONCEPTO: organismos acelulares ⇒ No nutrición, no relación, si “reproducción”  Carácterísticas:  Parásitos obligados  Pequeño tamaño  Simplicidad estructural  Clasificación :  Según la célula hospedadora  Según su estructura  Según el material genético  Virus desnudos y con envoltura
  • 7. Los Virus: Recuerda la definición de ser vivo y decide si son o no seres vivos: - Ser natural : SI ( ya que no son artificiales) - Presenta una composición similar: Si (proteínas y ADN o ARN) hechos del mismo tipo de sustancias -Se organizan en unidades elementales No (ya que no son células) - Cumple las funciones vitales de: No ( no necesitan energía, ni crecen) - Nutrición - Relación No (no responden a estímulos) - Reproducción Si (ya que sus victimas fabrican nuevos virus) ADN o ARN (genes) Caja hecha de proteínas
  • 8. LOS VIRUS  Clasificación :  Según la célula hospedadora:  Virus bacterianos (bacteriofagos)  Virus vegetales  Virus animales  Según el material genético:  ADN (mono o bicatenario; lineal o circular)  ARN (mono o bicatenario ,lineal o circular)  Virusdesnudos y con envoltura (procede del hospedador env. Membranosa)
  • 9. LOS VIRUS  Según su estructura: Capsida (“n” capsómeros proteicos) + ácido nucleico  Helicoidales: capsómeros iguales ej. VMT  Icosaédricos: capsómeros distintos ( → poliedro, 20 caras ej. v. de la hepatítis A)  Virus complejos: cabeza icosaedrica + cola helicoidal (bacteriofagos) ej. T4
  • 13. LOS VIRUS  MÉTODOS DE ESTUDIO  Cultivos celulares apropiados (según el hospedador) → placas petri  Tipos (ejemplos)
  • 14. LOS VIRUS (bacteriofagos)  C. LíTICO: (bacteriofagos ej. fago T4)  1º Adsorción: fijación específica (fibras caudales)  2º Penetreación (lisozima y ATP) ⇒ inyección del ADN  3º Eclipse: Expresión de ARNm vírico:  a) endonucleasas víricas ⇒ digestión de ADN bacteriano  b) replicación (con aparato enzimático bacteriano) ⇒ ↑ ADN vírico  c) transcripción y traduccíón de prot. víricas (capsómeros , lisozima y endolisina)  4º Acoplamiento o maduración (autoemsamblaje) ⇒ Nuevos fagos  5º Liberación y Lisis bacteriana (endolisina) ⇒ Liberación de nuevos fagos
  • 15. LOS VIRUS (bacteriofagos)  C. LISOGÉNICO: (“fagos atenuados” ej. fago λ)  1º y 2º Adsorción y Penetración similar a c. lítico  3º Inserción del ADN vírico en genoma bacteriano ⇒ profago (latente, no expresable y heredable)  4º Inducción (agentes físicos o químicos) ⇒ respuesta lítica  Respuesta lítica:  3ºEclipse: Expresión de ARNm vírico:  4º Acoplamiento o maduración (autoemsamblaje) ⇒ Nuevos fagos  5º Liberación y Lisis bacteriana (endolisina) ⇒ Liberación de nuevos fagos
  • 16. LOS VIRUS (bacteriofagos) 5º Liberación y Lisis bacteriana 1º Adsorción 2º Penetración 3º Inserción del 3º Eclipse ADN vírico ⇒ profago 4º Acoplamiento 4º Inducción : (autoemsamblaje) Respuesta lítica
  • 18. LOS VIRUS  VIRUS DEL SIDA de RETROVIRUS ⇒ VIRUS CON ARN Y  Familia TRANSCRIPTASA INVERSA  ESTRUCTURA
  • 19. ESTRUCTURA:  Envoltura  Espículas víricas: gp120, 41  Matriz: p 17,18  Bicapa: hospedador  Capside ext.:  P 24, 25  Nucleocapside:  ARN +p 6, 7  Enzimas víricas:  Integrasa  Retrotranscriptasa  Proteasa
  • 21. Ciclo vital del V.I.H.  1º Adsorción:  Interacción especifica gp 120 y gp 41 (receptores de endocitosis) de membrana de Linfocitos T4  2º Penetración: endocitosis  (fusión de membranas)  3º Liberación de ARN vírico y retrotranscriptasa  ⇒ síntesis de hebra hibrida ARN-ADN (retrotranscripción)  replicación de la hebra de ADN ⇒ ADN2c Vírico  ⇒ inserción en ADN celular (integrasa) ⇒ lisogénica (provirus → fase de latencia, individuos portadores, seropositivos)  4º transcripción y traducción  ⇒ copias de ARN y proteínas víricas (cápside, envoltura y enzimas)  5º Autoensamblaje y emigración de gp de membrana en región exocítica  6º Liberación y maduración:  Exocitosis ⇒ envoltura vírica (proteasa, fragmenta cadenas polipeptídicas ⇒ autoensamblaje definitivo)
  • 22. LOS VIRUS ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS VIRUS  Postcelulas:  Adaptación al parasitismo, tb plásmidos y viroides  Precélulas:  Plásmidos, viroides y transposones intercelulares  ASPECTOS PERJUDICIALES  Patogeneidad ⇒ enfermedades  Virus oncogénicos ⇒ cáncer (lisogenia)  ASPECTOS BENEFICIOSOS  Procariotas: Fuente de variabilidad en Bacterias (transducción en c. Lisogénico)  Eucariotas: Fuente de variabilidad, Biotecnología y Terapia genética: vectores genético
  • 23. R. MONERA  Clasificación  Según nutrición  Según fuente de “C”  Autótrofas  Heterótrofas  Fotoautótrofos facultativos  Según fuente de energía :  Fototrofos  Quimiotrofos  Quimiolitotrofos  Quimiorganotrofos fermentadores  Quimiorganotrofos respiradores: • aerobios • anaeróbios
  • 24. R. MONERA  Clasificación (algunos ejemplos) Heterótrofos: •Aerobios estrictos: Mycobacterium tuberculosis •Anaerobios estrictos: Clostridium tetani •Anaerobios aereotolerantes: Bacterias lácticas (Lactobacillus bulgáricus) •Anaerobios facultativos: Escherichia coli •Fotoheterótrofos: Bacterias purpureas no sulfúreas Autótrofos: •Fotoautótrofos oxigénicos: cianofíceas (Nostoc) •Fotoautótrofos anooxigénicos: bacterias sulfúreas verdes y purpuras •Quimiolitotróficos: Bacterias nitrificantes (Nitosomonas)
  • 25. R. MONERA  Clasificación (cont.)  Según modo de vida  No dependiente de hospedador:  Autótrofas : Quimio y fotoautótrofas  Heterótrofas: Saprófitas (descomponedoras)  Foto o quimioheterótrofas  Dependiente de hospedador: Heterótrofas :  Simbióticas (Biota normal)  Parásitas (patógenos)
  • 26. R. MONERA  Sistemática  Eubacterias: bacterias verdaderas  Con Pared:  Gram + : quimioorganotróficas Ej. Streptomyces  Gram -: De todo, ej. Escherichia coli y Cianobacterias  Micoplasmas: No pared celular, parásitos obligados.  ej. Micoplasma pneumoniae.  Arqueobacterias (Tronco evolutivo diferente. Condiciones extremas)  Halófitas: medios salinos.  Termoacidófilas: ↓pH, ↑Tª. Ej. Thermus aquaticus  Metanógenas
  • 27. R. MONERA  Sistemática  Eubacterias: bacterias verdaderas  Con Pared:  Gram + : quimioorganotróficas Ej. Streptomyces  Gram -: De todo, ej. Escherichia coli y Cianobacterias  Micoplasmas: No pared celular, parásitos obligados.  ej. Micoplasma pneumoniae.  Arqueobacterias (Tronco evolutivo diferente. Condiciones extremas)  Halófitas: medios salinos.  Termoacidófilas: ↓pH, ↑Tª. Ej. Thermus aquaticus  Metanógenas
  • 28. R. MONERA  Reproducción  Bipartición
  • 29. R. MONERA  Fuentes de variabilidad  Mutaciones  Fenómenos parasexuales
  • 30. R. MONERA  Recordatorio
  • 31. R. PROTOCTISTA  R. PROTOCTISTA (Uni y pluricelulares)  Concepto: Eucariotas. Sin tejidos  Clasificación:  Protistas (protoctistas unicelulares)  Algas unicelulares:  FOTOAUTÓTROFAS .  Lugares húmedos. Libres, coloniales o simbióticas Ej. Euglena, diatomeas, dinoflagelados  Protozoos: HETERÓTROFOS  Quimiorganoheterótrofos  Libres o parásitos. Ej. Paramecium sp, Entamoeba histyolítica, Tripanosoma gambiense, Plasmodium sp
  • 32. R. PROTOCTISTA Algas unicelulares:  FOTOAUTÓTROFAS .  Lugares húmedos. Libres, coloniales o simbióticas Ej. Euglena, diatomeas, dinoflagelados Euglena Diatomeas Dinoflagelados
  • 33. R. PROTOCTISTA Protozoos:  HETERÓTROFOS(quimiorganoheterótrofos).  Libres o parásitos.  Ej. Paramecium sp, Entamoeba histyolítica, Tripanosoma gambiense, Plasmodium sp.  Clasificación:  Ameboideos o Sarcodinos  Ciliados  Flagelados  Esporozoos
  • 34. PROTOZOOS Ciliados Flagelados Esporozoos Sarcodinos
  • 35. R. FUNGI Concepto:  Heterótrofos.  Con pared celular DE CELULOSA O QUITINA  Asimilación por absorción . Talo (los pluricelulares) Características  Descomponedores (saprofitos) ⇒ Reciclador  Clasificación:  Mohos: Pluricelulares (hifas y cuerpos fructíferos → esporas) ⇒ ej. Penicillium notatum  Levaduras: Unicelulares → gemación ⇒ ej. Saccharomyces cerevisiae.
  • 36. R. FUNGI  Clasificación:  Mohos: Pluricelulares (hifas y cuerpos fructíferos → esporas) ⇒ ej. Penicillium notatum  Levaduras: Unicelulares → gemación ⇒ ej. Saccharomyces cerevisiae. Mohos Levaduras
  • 37. Bacterias Algas Protozoos Hongos Estructura Eubacterias: - C. Eucariota - C. Eucariota -C. Eucariota - C. Procariota - Pared de celulosa - Sin pared - Pared de quitina y/o celular - Pared de peptidoglicanos - Con cloroplastos - Sin cloroplastos celulosa (salvo micoplasmas, sin pared) - Uni y multicelulares - Unicelulares - Sin cloroplastos - Unicelulares - Uni y multicelulares: Arqueobacterias: o Uni: levaduras - C. Procariota o Mul: Mohos) - Pared sin peptidoglicanos - Unicelulares Nutrición Todos los posibles: Fotoautótrofos (fotosíntesis Heterótrofos: Heterótrofos: (Metabolismo) Autótrofos: oxigénica) (Quimiorganotrofos) (Quimiorganotrofos) •Fotoautótrofos (fotosíntesis oxigénica y •Respiradores aerobios • Respiradores anoxigénica) aerobios (mohos) •Quimiolitotróficos • Fermentadores Heterótrofos: (levaduras) •Fotoheterótrofos •Quimiorganotroficos: oRespiradores aerobios •Respiradores anaerobios •Fermentadores Modo de A) Independiente de un hospedador: A) Independiente de un A) Independiente de un • Vida libre •Autótrofos: hospedador: hospedador: (inmóviles): vida oFoto y quimiosintéticos Fotoautótrofas • Vida libre • Asimilación por •Heterótrofos: (los m.o. ,vida libre) B) Dependientes de un absorción •Fotoheterótrofos y saprofitos B) Dependiente de un hospedador: • Simbióticos: B) Dependientes de un hospedador: hospedador: • Parásitos • Hospedador: •Simbióticos e Simbióticas • Inquilinos (líquenes) •Parásitos (ej. líquenes) • Huésped: (Candida) • Parásitos: Trichophiton sp. (pie de atleta) Papel en la Ocupan Todos los niveles tróficos: Productores: Consumidores Descomponedores • Productores: Autótrofos (fitoplancton) saprófitos: Naturaleza • Consumidores: (recicladores) ej. Parásitos • Descomponedores (recicladores): o Saprófitos o Mineralizadores
  • 38. 1. Reino 2. Reino 3. Reino MONERA:Las bacterias PROTOCTISTA HONGOS Recuerda Recuerda Pueden ser Pueden ser Recuerda Pueden ser • Son Eucariotas • Son procariotas • Son Eucariotas • No tienen tejidos • Son unicelulares • Son unicelulares Pluricelulares Unicelulares • Si tienen pared • Viven en cualquier ambiente Según Según o pluricelulares s celular • Son microorganismos: su su • No tienen tejidos • Necesitan humedad -Miden de 1 a 10 micras (µ) forma utilidad • mohos Levaduras • setas (X) útiles para fabricar son Las setas Heterótrofos Autótrofos: presentan Cocos Pan, vino, fotosíntesis una parte cerveza, etc. Heterótrofos Bacilos • Perjudiciales: Vibrios Patógenos (enfermedades) Espirilos • Beneficiosos: Protozoos Algas Micelio con Seta: aparato antibióticos, alimentos (yogur) hifas reproductor Que se agrupan Recuerda para dar Recuerda útiles Tipos Subterráneo Aéreo colonias como como • Son unicelulares Según su • Tienen pared celular • Son microorganismos Fertilizantes movimiento • Son acuáticos: • No tienen pared celular Medicamentos pueden ser Bentónicas (en el fondo) • Pueden ser parásitos P Alimento, etc. (patógenos) o de vida libre L Planctónicas (flotan) Ej. OCLE Ciliados:LP Flagelados: P Esporozoos P Rizopodos:LP Verdes Pardas Rojas Con cilios Con flagelos Inmóviles psedópodos Pueden ser son Pueden ser (X) NO SON MICROORGANISMOS Los microorganismos eucariotas Unicelulares Unicelulares Paramecio L Tripanosoma P Plasmodium P Ameba L Pluricelulares (X) miden de 10 a 100 µ Pluricelulares (X) Pluricelulares (X)
  • 39. PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LA BIOSFERA    LOS MICROORGANISMOS Y LOS CICLOS DE LA MATERIA
  • 40. RELACIÓN DE LOS ORGANISMOS CON LOS SERES SUPERIORES  Simbióticos, mutualistas o comensales:  Biotanormal (normalmente simbiótica), “Flora microbiana”  Localización:  Piel (Propionibacterium acnes, Staphylococcus epidermidis )  Boca (Streptococcus nutans)  Vías respiratorias (Streptococcus pneumoniae)  Vías intestinales ( Escherichia coli)  Genitourinarias (Candida albicans).
  • 41. RELACIÓN DE LOS ORGANISMOS CON LOS SERES SUPERIORES  Parásitos y parásitos oportunistas: Patógenos  Fases de la infección  Entrada: piel, mucosas, heridas o vectores (insectos, etc)  Adhesión: (cápsula y fimbrias)  Invasión: (receptores y endocitosis o fusión de membranas)  Desarrollo de la infección: localizada o generalizada (septicémia)  Causas de las lesiones:  Directa de las células ⇒ lisis  Factores de virulencia ⇒ alta proliferación microbiana  Toxinas ( Endo y exotoxinas): ej botulismo
  • 42. Tipos de agentes infecciosos microbianos, enfermedades y medios de transmisión Picaduras Tipo de agente Aire Piel y Heridas Fluidos Agua y alimentos Mordeduras Encefalopatía Priones espongiforme en mamíferos Gripe Resfriado Sida. Polio. Rabia. Virus Paperas. Hepatitis B Viruela Fiebre amarilla Sarampión Herpes genital Hepatitis A Varicela Neumonía Tuberculosis Cólera (Mycobacterium Gangrena (Vibrio colera) tuberculosis) Tétanos Sífilis Salmonelosis Peste Bacterias Meningitis (Clostridium Tosferina Gonorrea Toxiinfección (Yersinia pestis) tetani) Faringitis Catarros clostridium Lepra Difteria Diarreas Brucelosis Malaria (Plasmodium Toxoplasmosi Disentería malariae) Protozoos s amebiana Enfermedad del sueño (Tripanosoma sp) Tiña Candidiasis Aspergilosis Pie de atleta (la levadura Histoplasmosis Hongos (diferentes Candida Coccidiomicosis mohos) albicans)
  • 43. BIOTECNOLOGÍA  Concepto  MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL  Concepto:Explotación humana del metabolismo microbiano  Métodos:  Optimización del microorganismo: mutación y selección ⇒ cepas muy productoras  Optimización de las condiciones F-Q ⇒ alto rendimiento  Tipos  Industria alimentaria  Industria farmacéutica
  • 44. BIOTECNOLOGÍA  INDUSTRIAS ALIMENTARIAS  Ferment. alcoholica (S. Cerevisae)  ⇒ C6H12O6 → 2 CH3-CH2OH + 2CO2 + 2ATP  1.- Pan :  C H O (Hidrólisis de almidón) → 2 CH -CH OH 6 12 6 3 2 ( evaporación ) + 2CO2 (esponjosidad) + 2ATP  2.- Vino:  C H O ( glucosa de uva) → 2 CH -CH OH (grado) + 2CO 6 12 6 3 2 2 (evaporación) + 2ATP  3.- Cerveza:  C H O ( cebada germinada ) + lúpulo (amargor) → n 2n n
  • 45. BIOTECNOLOGÍA  INDUSTRIAS ALIMENTARIAS  Ferment.láctica (Lactobacillus bulgaricusi, Streptococus thermophilus, etc)  ⇒ C6H12O6 → 2 CH3 - CHOH-COOH + 2ATP  1.- Queso:  Renina + ac. Láctico (bacterias lácticas) ⇒ coagulación y precipitación proteica (cuajo)  Filtración ⇒ suero + cuajada  Maduración : Otros microorganismos (ej. Penicillium )⇒ Variedades También Fermentación heteroláctica: lactosa → 2 Etanol + 2 Lactato + 2CO2 (quesos con agujeros)  2.- Productos lácticos : Bacterias lácticas + aditivos
  • 46. BIOTECNOLOGÍA  INDUSTRIAS ALIMENTARIAS  INDUSTRIA FARMACÉUTICA:  Vacunas:  Atenuación:  Formaldehído  Cultivos límite : Sucesivos pases  Antibióticos  Fermentadores (quimiostato)  Extracción  Directa (insolubles)  Precipitación (solubles)  Purificación
  • 47. BIOTECNOLOGÍA  Antibióticos  Fermentadores (quimiostato) Permite mantener el crecimiento microbiano, permanentemente en fase exponencial.
  • 48. INGENIERÍA GENÉTICA y BIOTECNOLOGÍA MODERNA  Concepto: Técnica de manipulación de un genoma  Técnicas fundamentales  Tecnología del ADN recombinante:  Endonucleasas (enz. de restricción) y DNA-ligasas  Concepto de microorganismo transgénico  Ejemplo de Producción de insulina por microorganismos transgénicos  Saccharomyces cerevisiae modificado  PCR (Reacción en cadena de la polimerasa):  Amplificación del ADN
  • 49. INGENIERÍA GENÉTICA y BIOTECNOLOGÍA MODERNA  Tecnología del ADN recombinante  “Herramientas básicas”:  Endonucleasas (enz. de restricción)  DNA-ligasas  Concepto de microorganismo transgénico  Ejemplo de Producción de insulina por microorganismos transgénicos  Saccharomyces cerevisiae modificado
  • 50. Tecnología del ADN recombinante • Obtención del fragmento de ADN que contiene el gen que se desea clonar. (enzimas de restricción) • Inserción de dicho gen en una molécula de ADN apropiada, que sirve como vector de clonación: (plásmidos, bacteriofagos), etc. Se utilizan enzimas de restricción y DNA-ligasas • Introducción del vector de clonación con el gen de interés en una célula de otro organismo diferente, a la que se denomina célula hospedadora. • Detección del gen clonado para comprobar que se encuentra y se expresa en la célula hospedadora. (inserción de genes acompañantes y detectables: autorradiografía, resistencia a antibióticos) • Multiplicación de la célula hospedadora para obtener un número elevado de copias del gen.
  • 51. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA  Microorganismos transgénicos y su uso industrial  Fermentaciones microbianas con organismos modificados (antibióticos)  Obtención de proteínas de mamíferos:  EJ. INSULINA (Saccharomyces cerevisiae )  Vacunas:  Obtención de vacunas  Antígenos aislados (ej. Hepatitis B)  Obtención de animales y vegetales transgénicos  Producción microbiana de Enzimas:  Proteasas, renina, amilasas, etc.  Biotecnología ambiental:  Diagnóstico y terapia genética
  • 52. ¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS MICROORGANISMOS?  1º Esterilización y técnicas asépticas (materiales)  2º Medio de cultivo (genérico o específico): líquido o sólido (agar)  3º Esterilización y conservación del medio: autoclave y nevera 4ºC (sin luz)  4º Toma de muestras (ej. bastoncillo) y siembra (asa de siembra)  5º Incubación (estufa), durante periodos de tiempo determinados  6º Aislamiento (toma de muestra monoclonal, de una colonia únicamente)  7º Resiembra en medio genérico o selectivo (ej. Lactosa, 45 ºC para E. coli)  8º Pruebas bioquímicas diferenciales (ej. catalasa, Indol, …)  9º Tinción (ej. tinción de Gram)  10º. Observación con microscopio (mínimo 1000x)
  • 53. ¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS MICROORGANISMOS?  1º Esterilización y técnicas asépticas  Procesos físicos  Calor  Calor húmedo: Autoclave: Por vapor  Condiciones: 121ºC durante 15-20 min, 2 atm.  Calor seco: Estufa  Condiciones: Entre160 y 180ºC, de1.5 y 3hs  Radiaciones  Ionizantes: rayos X y Gamma  No ionizantes: U.V.  Procesos químicos (oxidantes)  oxido de etileno (C2H4O)  aldehídos (formaldehído)  agua oxigenada
  • 54. ¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS MICROORGANISMOS?  2º Medio de cultivo (genérico o específico): líquido o sólido (agar)  Esterilización y conservación del medio: autoclave y nevera 4ºC (sin luz) Medio líquido Medio sólido
  • 55. ¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS MICROORGANISMOS?  4º Toma de muestras (ej. bastoncillo) y siembra (asa de siembra)
  • 56. ¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS MICROORGANISMOS?  5º Incubación (estufa), durante periodos de tiempo determinados
  • 57. ¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS MICROORGANISMOS?  6º Aislamiento (toma de muestra monoclonal, de una colonia únicamente)  7º Resiembra en medio genérico o selectivo (ej. Lactosa, 45 ºC para E. coli) Clon
  • 58. ¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS MICROORGANISMOS?  8º Pruebas bioquímicas diferenciales: Gram + (ej. catalasa, Indol, …) Ej. Lactobacillus  Ej. E. coli (Indol +)  Enterobacter (Indol -)  Ej. Staphilococcus (catalasa +)  Ej. Streptococcus (catalasa -) Gram –  9º Tinción Ej. E. coli  (ej. tinción de Gram)
  • 59. ¿CÓMO PODEMOS OBSERVAR LOS MICROORGANISMOS?  10º. Observación con microscopio (mínimo 1000x)
  • 60. TEMA 13 TEST DE REPASO
  • 61. ¿Qué tienen en común un hongo, una bacteria y un protozoo para que los tres se estudien bajo el epígrafe de microorganismos?. A nivel nutricional ¿qué diferencias o similitudes presentan entre sí?. Cita un ejemplo de parasitismo y otro de simbiosis que conozcas en la naturaleza y en la que intervengan respectivamente, cada uno de los tres tipos de organismos citados. • “Vida” (funciones vitales) a partir de estructura unicelular o agrupación multicelular simple. b) • Hongo: heterótrofo fermentador (anaerobio: levaduras) o heterótrofo aerobio (mohos) • Protozoo: heterótrofo aerobios (respiradores) • Bacterias: Todos los metabolismos posibles (autótrofos, heterótrofos) c) Parasitismo: • Hongo :Candida albicans ⇒ candidiasis • Protozoo: Plasmodium falciparum ⇒ Malaria • Bacteria: Treponema palidum ⇒ Sífilis Simbiosis: • Hongo: líquenes, Cándida. • Protozoo: alga intracelular, flagelados + termitas,+ espiroquetas, etc. • Bactéria: E. coli+ humano, Rhizobium + leguminosa, etc.
  • 62. Teniendo en cuenta los diferentes tipos de bacterias, según su tipo de nutrición y estilo de vida, indicar de donde obtienen en cada caso los siguientes elementos: N,C,P. Razona la respuesta. Según tipos de nutrición: Fuente de materia Autótrofas : N: sales (nitratos) o aire, P: sales (fosfatos) C: CO2) ⇒ moléculas inorgánicas Heterótrofas :N: Proteínas, AC. Nucleícos. P: Fosfolípidos, etc. C: Glúcidos,…) ⇒ moléculas orgánicas incluso fotoautótrofos facultativos de manera que pueden recurrir a metabolismos quimioheterótrofos en ausencia de luz y CO2. Según la fuente de energía: Fototrofos (luz) o quimiotrofos (quimiolitotrofos, quimiorganotrofos respiradores (aerobiocos o anaeróbicos), fermentadores) Formas de vida: La respuesta es larga y debe incluir bacterias de vida libre (foto y quimioautotrofas, saprófitas) parásitas y simbióticas
  • 63. Cita un ejemplo de mutualismo en el que intervenga, en cada caso, un microorganismo y: a) una planta verde, b) un vertebrado. Indicando en ambos casos qué aporta cada organismo participante en la simbiosis, y que beneficio obtiene cada uno en el proceso. a) Rhizobium sp (fijación de N2 del aire) + leguminosas ( humedad, protección, alimento, en raíces) b) Arqueobacterias metanógenas (digieren celulosa) + rumiantes (alimento), E. coli (vitamina K, digestión y competencia con patógenos + humano (alimento y medio) Indica las principales similitudes y diferencias entre hongos y bacterias haciendo referencia a su estructura celular, estilo de vida, tipo de nutrición y papel en la naturaleza. Hongos: Eucariotas, uni o pluricelulares, pared celular (quitina o celulosa), Por absorción, heterótrofos aeróbios o fermentadores, saprófitos (descomponedores) ⇒ MO → MI (recicladotes) Bacterias: Procariotas, unicelulares, pared celular (mureína), todos los metabolismos posibles, variedad de modos de vida: parasitos, simbiontes, saprófitos (descomponedores)
  • 64. Define el concepto de virus. ¿Se pueden considerar seres vivos? En la naturaleza ¿tienen algún aspecto beneficioso para los seres vivos? Razona la respuesta. Organismos situados entre lo vivo y lo inerte constituidos por moléculas de ácido nucleico (ADN o ARN) en el interior de una cápside de naturaleza proteica. No ya que no llegan al nivel celular y no cumplen las funciones vitales de relación y nutrición, se reproducen utilizando el aparato enzimático de la célula a la que invaden por lo que son parásitos obligados. Realmente es la célula huésped quien fabrica nuevos virus. En la naturaleza actúan como “transposones” intercelulares permitiendo el intercambio de genes de manera que suponen una importante fuente de variabilidad genética, esto es especialmente importante en el caso de los bacteriófagos en los procesos parasexuales de transducción. Por tanto favorecen los procesos evolutivos tanto en procariotas como en eucariotas. Desde el punto de vista sanitario la transducción puede generar resistencia a antibióticos en bacterias.
  • 65. Dibuja la estructura de un fago T4, indicando las partes más importantes y la naturaleza molecular de cada una de ellas. Describe además, mediante un dibujo, su ciclo biológico. Dibuja también el ciclo lisogénico de un fago atenuado.
  • 66. Dibuja la estructura de un fago T4, indicando las partes más importantes y la naturaleza molecular de cada una de ellas. Describe además, mediante un dibujo, su ciclo biológico. Dibuja también el ciclo lisogénico de un fago atenuado. 5º Liberación y Lisis bacteriana 1º Adsorción 2º Penetración 3º Inserción del 3º Eclipse ADN vírico ⇒ profago 4º Acoplamiento 4º Inducción : (autoemsamblaje) Respuesta lítica
  • 67. Dibuja la estructura del virus del SIDA señalando las partes más importantes del mismo, indicando en cada caso qué tipo de biomoléculas (proteínas, lípidos, glicoproteínas, etc) componen cada una de ellas.  Envoltura  Espículas víricas: gp120, 41  Matriz: p 17,18  Bicapa: hospedador (prot + lípidos) de membrana  Capside ext.:  P 24, 25  Nucleocapside:  ARN + p 6, 7  Enzimas víricas (proteicas):  Integrasa  Retrotranscriptasa  Proteasa
  • 68. Explica brevemente (no más de 10 líneas) la relación existente entre microorganismos, ingeniería genética , transgénico y biotecnología. Algunas hormonas ( insulina, hormona del crecimiento), somatrotropina (hormona del crecimiento) y proteínas de la sangre (eritropoyetina, factores de coagulación, interferón o anticuerpos) tienen un interés médico y comercial extraordinario. La obtención de estas proteínas antes de la era biotecnológica se realizaba mediante su extracción directa a partir de tejidos o fluidos corporales. La biotecnología actual, gracias a la ingeniería genética basada en la tecnología del ADN recombinante, se clonan e insertan los genes de ciertas proteínas humanas en microorganismos adecuados para su fabricación comercial. Un ejemplo típico es la producción de insulina humana a partir E. coli y mejor aún a partir de la levadura Saccharomyces cerevisiae, en la cual se clona el gen de la insulina humana convirtiéndola en un ejemplo de microorganismo transgénico.
  • 69. Describe un método de esterilización químico y otro físico, indicando en cada caso qué es lo que provoca la muerte del microorganismo. Físico: calor, utilizando el autoclave (calor húmedo: 121ºC, 15-20´, 2 atm ) que se asemeja a una olla a presión o calor seco con estufas (±170ºC, durante ± 2h.) , radiaciones o Químicos: óxido de etileno (C2H4O), agua oxigenada, ozono etc. sustancias letales para los microorganismos, por el hecho de ser potentes oxidantes. La bacteria Escherichia coli es un huésped en el intestino humano, por lo general es fácilmente cultivable en el laboratorio, ya que sus necesidades nutricionales no son excesivas. ¿Cómo cultivarías en el laboratorio esta bacteria? ¿qué tipos de nutrientes básicos le suministrarías? Razona la respuesta. Técnicas asépticas + medio estéril ⇒ métodos de esterilización de recipientes e instrumental Líquido: Agua + glucosa o lactosa. Y como mínimo nitrógeno, azufre, fósforo y sales inorgánicas, así como condiciones de Tª, presión de oxígeno y pH adecuados. Sólido: + agar-agar (solidificante) en Placa Petri. Para aislarla e identificarla: medio con lactosa a 45ºC y pruebas bioquímicas específicas como la del Indol. Nota: La mayoría del resto de los coliformes (Enterobacter, Klebsiella,…) no se desarrollan a estas Tª y sí lo hacen como mesofilos a 37º C y en caldo lactosado al igual que E. coli.
  • 70. ¿Cómo harías para demostrar experimentalmente la presencia de microorganismos en el ambiente? Razona cada uno de los pasos a seguir. ¿Cómo sabrías –apoyándote en los resultados obtenidos en el ensayo anterior- si se trata de bacterias, hongos o virus? 1º Esterilización y técnicas asépticas a) Toma de muestras, cultivo esteril y genérico., observación de 2º Medio de cultivo (genérico y microscópica (tinciones) y pruebas estructuras macro (colonias) o específico): líquido o sólido (agar) 3º Esterilización y conservación del medio: autoclave y nevera 4ºC (sin luz) bioquímicas específicas (catalasa, etc.). 4º Toma de muestras (ej. bastoncillo) y siembra (asa de siembra) Colonia monoclonal b) Diferentes cultivos selectivos (condiciones específicas): 5º Incubación (estufa), durante periodos de tiempo determinados 6º Bacterias: medios genéricos. Para identificar bacterias específicas: Aislamiento (toma de selectivas + pruebas bioquímicas (catalasa, medios y condicionesmuestra monoclonal, de una colonia únicamente) 7º Resiembra en medio genérico o selectivo (ej. Lactosa, 45 ºC para E. coli) indol, etc.) 8º Pruebas bioquímicas para hongos: líquido o sólido (agar) Hongos: medios cultivo diferenciales (ej. catalasa,indol, …) + 9º Tinción orgánicos de Gram) nutrientes (ej. tinción + vitaminas, oligoelementos, etc) + pH ácido + 10º. Observación con microscopio ha de ser ligeramente ácido para antibióticos antibacterianos. El pH (mínimo 1000x) facilitar el crecimiento de los hongos e inhibir al mismo tiempo el desarrollo de otros microorganismos. Se añadirán antibióticos antibacterianos para inhibir el crecimiento de las bacterias saprofitas que suelen contaminar las muestras. Los más usados son el Cloranfenicol y la Gentamicina. Virus: Parásitos obligados, solo crecerán si el medio contiene cultivos celulares. Si se observan calvas de crecimiento en los mismos, es indicativo de presencia de virus.