Efecto de las radicaciones sobre el crecimiento microbiano

2. RADIACIONES
v Partículas cargadas:
electrones energéticos
( l l a m a d o s a v e c e s
n e g a t r o n e s ) , l o s
positrones, los protones,
las partículas alfa, los
mesones cargados, los
muones y los iones
pesados.
v Ondas.
Es energía que viaja a través del espacio ya
sea como:

3. No es habitual que haya
a m b i e n t e s e x t r e m o s d e
radiación en la superficie de la
Tierra a la que los seres vivos
estemos expuestos, pero sí se
han estudiado sus efectos
dada la importancia de las
aplicaciones de la energía
atómica militares y pacíficas
(medicina, producción de
energía, aparatos electrónicos,
viajes espaciales).
Radiaciones
El resultado es que los efectos biológicos
de la radiación se han investigados más
a fondo que los de prácticamente
cualquier otro agente ambiental.

4. Radiaciones
ionizantes
X
γ
catódicos
Radiaciones no
ionizantes
ultravioleta
visible
Tipos de radiaciones dañinas

5. Radiaciones ionizantes
La radiación ionizante directa consta de partículas
cargadas de alta energía.
La radiación ionizante indirecta es producida por
partículas sin carga, son los generados por fotones
de alta energía (rayos X y rayos gamma).
La producción de pares sólo es posible con fotones de energía >1,02 MeV.
Estos electrones y positrones energéticos se comportan como radiación
ionizante directa.
Presentan una energía
> 10 keV y alto poder
de penetración.

6. Las radiaciones ionizantes varían en cuanto al
nivel energético así como a su poder de
penetración:
Radiaciones ionizantes
A los tipos de radiación clasificados por Rutherford, debe añadírsele la radiación por
neutrones, que aparece en la naturaleza en el proceso de fisión espontánea. Los neutrones
tienen mayor capacidad de penetración que los rayos gamma, y sólo puede detenerlos una
gruesa barrera de hormigón, agua o parafina (compuestos muy ricos en hidrógeno).

7. Efectos biológicos de las radiaciones ionizantes
Molécula blanco:
DNA
Mecanismo de acción:
1. Directo: rompen
el DNA
Los efectos letales indirectos y los efectos mutagénicos se
generan a dosis menores de irradiación.
2. Indirecto: ionizan las moléculas a través de la
producción de radicales tóxicos como: H∙,
OH∙ y H2O2 a partir del agua.
Efecto: generalmente letal y mutagénico.

8. RADIACIONES IONIZANTES
El DNA no es más sensible que otras macromoléculas celulares,
pero dado que es el material genético, los cambios inducidos en
el tienen un efecto permanente.
e-
e-
e-

9. Rad (unidad radiación)
El Rad es la dosis de radiación ionizante
absorbida por un material.
1 rad = 100 ergios de energía absorbida / gramo de materia irradiada.
1 rad = 0.01 Julios de energía absorbida / kg de material irradiado.
1 rad = 0.01 Gy
1 Gy = 1 Julio de energía absorbida / kg de materia
1Gy = 100 rad
Rad (Roentgen Absorbed Dose) dosis de radiación Roentgen es la
unidad de medida del sistema inglés.
El Gray es la unidad del Sistema Internacional, usada por el resto del
mundo.

10. Resistencia a las radiaciones ionizantes
(Fiebre aftosa)

11. Radiaciones no ionizantes
(radiación U.V.)
Su energía es < 5 eV y tienen bajo poder de
penetración.
UV-A (onda larga) 315nm a 400nm
UV-B (onda media) 280nm a 315nm
UV-C (onda corta) 100nm a 280nm (260 nm)
Molécula blanco: DNA
Mecanismo de acción:
La formación de dímeros
de pirimidinas (T y C).
Principalmente de timinas
adyacentes (T=T).

12. RADIACIONES ULTRAVIOLETA
Efecto: mutagénico y letal.
Su efecto principal es la distorsión local de
la configuración de la doble hélice, que
interfiere en el normal emparejamiento de
bases complementarias; y genera
i n t e r f e r e n c i a e n l o s p r o c e s o s d e
replicación y transcripción.
Dímeros de timina

13. Normalmente el DNA de una
célula procariote sufre lesiones
espontáneas por:
v depurinización de los nucleótidos,
v desaminación de los nucleótidos,
v alquilación de los nucleótidos
v oxidacíón de los nucleótidos
O lesiones inducidas por efecto
de la radiación UV.
Sin embargo, en las células
vegetativas estos daños son
rápidamente reparados por
efectivos sistemas enzimáticos.
Sistemas de reparación a las radiaciones
U.V.
mutación

14. Sistemas de reparación a las
radiaciones
Fotorreactivación
Reparación por escisión y síntesis.
El sistema SOS.
Reparación posreplicativa.
Reparación por recombinación.

15. Fotorreactivación
(dependiente de la luz)
Solo se lleva a cabo en presencia
de la luz visible.
Se activa la enzima fotorreactivante, que es
una fotoliasa*, (reacción fotoquímica).
Rompe a los lados de los dímeros de timina.
Después actúa una DNApol que coloca las
nuevas bases siguiendo la secuencia de la
cadena complementaria.
Una DNA ligasa sella la molécula de DNA.
*La enzima posee dos grupos prostéticos coloreados
(cromóforos): flavina reducida (FADH2), y una pterina.

16. Reparación por fotoreactivación
fotoliasa

17. Reparación por fotoreactivación
fotoliasa

18. Reparación por escisión y síntesis
(independiente de la luz)
Consiste en cortar y sustituir una
secuencia corta que contiene el dímero de
nucleótido.
P a r t i c i p a u n a e n d o n u c l e a s a /
exonucleasa de reparación, que elimina las
bases dañadas junto con algunas bases
localizadas a los lados.
Deja un hueco de unos 12 nucleótidos
de longitud que se llenan con los
nucleótidos correctos, por la DNA pol I
Una DNA ligasa los une.

19. Reparación por escisión y síntesis
Mecanismo no luz-dependiente, llevado a cabo
por una secuencia de reacciones enzimáticas.

20. Reparación por escición y síntesis

21. Características principales de las ADN
polimerasas de E. coli
ADN Pol I ADN Pol II ADN Pol III
Estructura
Masa molecular
(dalton)
109.000 90.000 900.000
Constitución Monómero Monómero
Dímero
asimétrico
Número de
polimerasas / célula
400 Desconocido 10 - 20
Actividad /
Función
Polimerasa 5' → 3' /
Elongación
SI SI SI
Exonucleasa 3' → 5' /
Corrección
SI SI SI
Exonucleasa 5' → 3' /
Reparación
SI NO NO

22. El sistema SOS
Se activa por:
U.V. y radiaciones ionizantes.
agentes alquilantes: dimetilsulfóxidos, nitrosoguanidina,
ácido nalidíxico
ayuno de timina.
El DNA extensamente dañado actúa como una señal
de estrés, originando la desrepresión y por lo tanto
la expresión de genes (15) implicados en la
reparación de DNA.
Es una reparación propensa a error; conduce a
mutaciones, (causadas por la DNApol V*).
La célula acepta adquirir mutaciones a cambio de
sobrevivencia, lleva a variaciones en las especies.
*Participa una DNApol de menor fidelidad o exactitud.
SOS = Save our souls

23. Mecanismo del Sistema SOS
El DNA dañado manda una señal a la
proteína RecA (producto del gene recA).
La proteína recA adquiere una función
proteolítica, y destruye a la proteína
represora LexA, liberandose la expresión
de los genes:
recA
UvrA, B, C,
UmuDC,
cuyos productos están implicados en la
reparación y síntesis del DNA.
La proteína LexA se encarga de regular la
expresión y función de éstos genes.

24. Mecanismo del sistema SOS
Hay una síntesis de emergencia de ADN que acarrea la frecuente
introducción de bases incorrectas (SOS es un proceso de
reparación propenso a error).

25. Acción de la proteína Rec A
1. la expresión del gene recA mejora la
reparación por recombinación;
2. la expresión de los genes uvrABC: inducen una
mejora de la reparación por escisión y síntesis;
3. la expresión del gene UmuDC favorece una
síntesis “de emergencia” de ADN (se
introducen frecuentes errores y hay aumento
de la mutagénesis);
4. se altera la regulación del crecimiento y
división celular: las células se hacen
filamentosas, muy largas, con formas
anómalas.

26. SISTEMA SOS
Cuando el DNA se ha reparado
el sistema SOS se apaga y la
mutación cesa.
Mutaciones en el gene recA
resulta en no síntesis de RecA,
y por los tanto no se activa el
sistema SOS.

27. Reparación posreplicativa
A pesar de la exactitud de copiado de la DNA
pol, pueden existir errores durante la
replicación del DNA.
El mecanismo detecta y repara las bases mal
apareadas.
Participan enzimas DNApol de corrección
Estas DNApol realizan un barrido del DNA
recién replicado y eliminan los segmentos que
contienen las bases mal apareadas.
La DNApol III sustituye los polímeros
escindidos.
La DNA ligasa los une.
Es un tipo de reparación por escisión.
Tasa de error de la DNApol 1X109

28. Reparación por Recombinación
Restaura un DNA dañado cuando no existe
una cadena molde. Participa la proteína
recA.
La proteína recA corta un fragmento del DNA
molde de una molécula hermana y lo coloca
en la brecha, o la utiliza para sustituir una
cadena dañada.
Aunque las bacterias son haploides, a
menudo disponen de otra copia del
segmento dañado (hay más de una copia del
cromosoma).
Una vez que entra el molde en esta posición
el daño se corrige.

29. Reparación por
Recombinación

30. Sensibilidad de los microorganismos
a las radiaciones
Las bacterias presentan una sensibilidad muy
variable a la radiación:
Muy sensibles
- Pseudomonas
Moderadamente sensibles
- Bacillus
- Clostridium
Muy resistentes
- Micrococcus
- Streptococcus
- ESPORAS
- ENDOSPORAS
- Deinococcus radiodurans

31. Género: Deinococcus
Contiene cuatro especies de cocos Gram
positivos.
D. radiodurans es el más estudiado.
Es altamente resistente a:
deshidratación,
radiación ionizante,
la radiación ultravioleta,
daño por oxidación,
agentes químicos genotóxicos, que se
intercalan entre las bases nitrogenadas como: la
mitomicina C, el ácido nitroso, y la nitrosoguanidina
entren otros.

32. Deinococcus radiodurans
“Conan la bacteria”
D. radiodurans RI fué aislado 1956 Arthur W. Anderson en la
Estación Experimental Agrícola de Oregon a partir de una lata
de carne tratada con una dosis esterilizante de radiación γ.

33. Deinococcus radiodurans
Sus colonias son convexas, lisas y su color varia de rosa a rojas.
Es un coco de 1.5 -3.5 µm, agrupado en pares o tetradas, Gram
positivo, pigmentado, NO FORMADOR DE ESPORAS, no móvil.
Contiene una envoltura celular similar a las de las bacterias Gram
negativas (peptidoglicana, membrana externa y una capa S
paracristalina). La peptidoglicana es muy gruesa.

34. Efecto de la radiación gamma
acumulada sobre la sobrevivencia
de Escherichia coli y de D.
radiodurans.
Efecto de la radiación U.V. sobre la
sobrevivencia de D. radiodurans y
otros microorganismos.
Resistencia Deinococcus radiodurans

35. Su resistencia a las radiaciones
Sobrevive a una exposición de 15 000 a
18 000 Gy de radiación ionizante.
Una dosis de 6 000 Gy induce en su genoma:
200 rompimientos de cadenas dobles de DNA.
300 rompimientos en cadenas sencillas de
DNA
1000 sitios de daño a las bases del DNA.
1Gray = Gy = 100 rad.
Para E. coli la dosis D37 = 30 Gy.
El humano puede morir por exposición a 5 - 10 Gy. 4 Gy bastan por lo
general para reducir la población superviviente en alrededor del 50 %
D. Radiodurans presenta una dosis D37 ∼ 6000 Gy; 10-20 veces más
resistente que que otros microorganismos y 3000 veces más que el
hombre..

36. Su resistencia a la desecación
Sin ser esporulado.
1. Sobrevive en sequedad y ambientes
nutricionalmente pobres.
2. RESISTE LA DESECACIÓN, por seis años
con un 10 % de viabilidad.
3. Posee un sistema de reparación de DNA
espectacular, que puede reconstruir su
cromosoma a partir de fragmentos en
unas pocas horas.
La deshidratación extrema también causa daño en el DNA
(rompimiento de las doble cadena).

37. ¿Cómo lo hace?
En la fase logarítmica cada célula tiene cuatro
genomas.
En la fase estacionaria tiene de cuatro a diez
copias de su molécula de ADN.
Son copias de seguridad como las que haces de
tus archivos más importantes en caso de que
un día tu computadora se dañe.
D. radiodurans es multigenómico,
tiene muchas copias de sus
genes.

38. La bacteria tiene muchas oportunidades de encontrar
una copia intacta para cada gen, que puede ser usada
para reparar su ADN a través de RECOMBINACIÓN por
homología intercromosomal. La proteína RecA es la que
une los fragmentos.
¿Cómo lo hace?
Formas diploides y tetraploides de S. cerevisiae son más
resistentes a las radiaciones que las células haploide.

39. Posee una amplia
varieda de enzimas
que reparan el DNA
monocatenario roto,
también escinden y
reparan los dímeros
de timina formados.
T i e n e m á s
h e r r a m i e n t a s d e
reparación que otros
microorganismos.
ADEMAS!!!
Es importante mencionar que los otros microorganismos tienen
herramientas para reparar, aunque no tantas y variadas como D.
radiodurans
El nucleoide mantiene su estructura después
de la irradiación. Altos niveles de Mn(II)
pueden contribuir a la recuperación del Dna
dañado.

40. ¿Por qué D. radiodurans desarrolló esta
radioresistencia?
La radioresistencia no puede ser una adaptación
evolutiva, porque en la Tierra no existen entornos
naturales que soporten niveles de radiación tan
elevados..
Pero D. radiodurans también es capaz de
sobrevivir largos periodos sin una sola gota de
agua.
Se piensa que la extraordinaria resistencia a la
radiación se consigue a través es un efecto
colateral de su capacidad para resistencia la
desecación extrema por largos períodos, lo cual es
comune en diversos ambientes naturales.
La deshidratación causa los mismos daños en el DNA que la
radiación y requiere del mismo proceso de reparación.

41. D. radiodurans en el mundo de
los microbios
"El libro de récords Guinness la
denominó la bacteria más resistente del
mundo”.
"Los genes podrían clonarse en otras bacterias, como las que limpian
desechos tóxicos o generan energía a partir de hidrógeno; también en
organismos que fijan el nitrógeno para producir biofertilizantes y para
desarrollar antibióticos, además de generar organismos más tolerantes
a la sequía",
Se ha obtenido una cepa recombinante por ingeniería genética para
degradar contaminantes radioactivos, mezclados con desechos.
Agrega combustible a las especulaciones de que estos microbios
podrían sobrevivir a un largo viaje en el espacio.
Se descubrieron dos nuevas especies, que fueron denominadas Deinococcus
radiomollis y Deinococcus claudionis" en monitores en el Pico de Orizaba,

42. Otros organismos no esporulados
radioresistentes
La cianobacteria:
Chroococcidiopsis pueden sobrevivir hasta 15 kGy.
Las bacterias:
Rubrobacter radiotolerans,
Rubrobacter xylanophilus,
Kineococcus auranticus
Thermococcus gammatolerance,
capaces de soportar de 100 a 1000 veces la
radiación ionizante que toleramos el resto de
habitantes de la Tierra:

43. La radiación a la que estamos
expuestos todos los seres vivos
puede venir de dos fuentes:
natural.
provocada por la actividad el
hombre.
La radiación cósmica que procede del espacio, es retenida en su mayor
parte por la atmósfera y el campo magnético.
A mayores altitudes se está más expuesto a esta radiación cósmica, las
tripulaciones aéreas pasan gran parte de su vida en altitudes en las que
la radiación cósmica es 20 veces mayor que la radiación media de fondo.
Las radiaciones en el planeta

44. Los seres vivos y las radiaciones naturales
El ser humano vive en un mundo con
radiactividad natural (82%): cósmica y
terrestre.
1. La radiación cósmica procedente del
espacio.
2. La radiación de radioisótopos
proceden de la Tierra (14C, 40K, 223Th,
238U, 218Po, 222Ra, y 3H), y que existen
desde la creación del planeta.
3. La radiación natural más abundante
es el gas 222Ra, producto natural del
decaimiento del 238U y químicamente
no reactivo.
4. En los huesos hay 218Po y 222Ra.
5. En los músculos, 14C y 40K.
6. En los pulmones, gases nobles y 3H.
7. Ingerimos a diario productos naturales 24Na o el 238U y artificiales
que contienen sustancias radiactivas (en cantidades muy
pequeñas).

45. Los principales agentes de destrucción del
ozono el cloro y el bromo libres.
El cloro, debe su presencia en la atmósfera
a causas antropogenias, desde la aparición
de los clorofluocarbonos (CFC) con diversas
aplicaciones industriales (refrigeración y de
propelentes de aerosoles).
Nadie sabe cuáles serán las consecuencias
del agujero en la capa de ozono. Al parecer,
su acción es favorecida por las condiciones
meteorológicas exclusivas de la zona, masa
aislada de aire muy frío alrededor del Polo
Sur.
El Ozono es un compuesto inestable de 3
átomos de Oxígeno , el cual actúa como
potente filtro solar, evitando el paso de una
pequeña parte de la radiación U.V. B
(280-320 nm). El ozono es un gas tan
escaso que, si o lo separásemos del resto
del aire y lo atrajésemos al ras de tierra,
tendría solamente 3mm de espesor.
La capa de ozono

46. Los clorofluocarbonos (CFC)
La radiación UV arranca el cloro de una molécula de
clorofluorocarbono (CFC). Este átomo de cloro, al
combinarse con una molécula de ozono la destruye, para
luego combinarse con otras moléculas de ozono y
eliminarlas.
E l p r o c e s o e s m u y
dañino, ya que un átomo
de cloro es capaz de
destruir hasta 100.000
moléculas de ozono.
Este proceso se detiene
cuando este átomo de
cloro se mezcla con algún
compuesto químico que
lo neutraliza.

47. Se prevee la desaparición de la capa de ozono en el año 2050.
CAPA DE OZONO
Se habla de agujero cuando hay
menos de 220 DU de ozono entre la
superficie y el espacio.
Desde mediados de los 70' una
región con valores relativamente
bajos de DU, delimitada de una
zona estrecha, seguido de fuentes
gradientes separando estos bajos
valores, un entorno con alta
concentración del gas.
Cada primavera austral se abre un "agujero" en la capa de
ozono sobre la Antártida, tan extenso como los Estados
Unidos y tan profundo como el Monte Everest. El agujero
ha crecido casi todos los años, desde 1979. En los últimos
años, el agujero ha aparecido cada año, excepto en 1988.

48. La primera voz de alerta sobre éste efecto provino de un trabajo publicado en
1974 por los científicos Sh. Rowland y Mario Molina de la Universidad de
California, quienes pusieron de manifiesto que los clorofluorcarbonos (CFC)
usados en refrigeración, aire acondicionado y fabricación de espumas plásticas,
eran los responsables de la rápida destrucción de ozono.
La magnitud del "agujero" de la capa de ozono es prácticamente del tamaño del
continente helado.
Destrucción de la capa de ozono

49. Destrucción de la capa de ozono en la
actualidad

50. Las radiaciones producto de la actividad del
hombre.
En las últimas décadas se ha visto incrementada.
Destacan:
El material para la construcción de las casas, escuelas,
oficinas, frecuentemente contienen U Ra.
Los fumadores reciben radiación del 210Po y gas
222Radón, presentes en el tabaco, ocasionando daño a
las células de los pulmones.
Los rayos X, en el diagnóstico radiológico y en el
tratamiento de cáncer con radioisótopos.
Actividades con alto riesgo: mineros, radiólogos,
técnicos médicos, operadores de plantas nucleares,
investigadores científicos y pilotos.
Las pruebas nucleares atmosféricas y marinas
realizadas.
Los vertidos “controlados” de las instalaciones
radioactivas.
Los accidentes nucleares.

51. El gas radón puede entrar a la casa a
través de una fractura en el cimiento.
El gas pueda acumularse a niveles
dañinos, especialmente durante los
meses de invierno cuando las
ventanas y las puertas esta cerradas,

53. Principales fuentes de exposición del hombre a las
radiaciones ionizantes.
Fuentes Naturales
Dosis anual de
milirads
Rayos cósmicos 50
Radioactividad de las rocas 60
Radiactividad de los organismos 25
Fuentes Tecnológicas
Dosis anual de
milirads
Precipitaciones radioactivas (bombas
atómica)
1.3
Desechos de reactores nucleares 3
Pruebas nucleares 100
Radiografía médica , pantallas de
televisión , pantallas de computadora
100

54. Efecto de las radiaciones ionizantes
Chernovyl 1986.

55. EFECTOS DE LA LUZ VISIBLE
Es de baja energía (400 a 700 nm).
Esta energía pareciera no tener efectos
selectivos sobre el ADN.
Moléculas como riboflavinas, porfirinas y
citocromos, absorben luz visible de cierta
intensidad, se excitan durante 10-6 - 10-8
seg, y la transfiere a otras moléculas
generando fotooxidaciones en residuos de
his y trp de las proteínas y en las bases
nitrogenadas de los ácidos nucleicos.

56. EFECTOS DE LA LUZ VISIBLE
Moléculas como la clorofila y los pigmentos
en las células reaccionan con el O2 en
presencia de luz y generan oxígeno singlete.
T a m b i é n p u e d e e j e r c e r u n e f e c t o
sensibilizante indirecto dañino llamado:
“efecto fotodinámico” que es capaz de matar
las bacterias.
Fotosensibilización: la energía se transfiere a otra molécula;

57. “Efecto fotodinámico”
El oxígeno singlete (1O2):
Es un, radical muy reactivo oxidante, que
puede destruir la célula con rapidez.
Ciertas bacterias pigmentada y las
fotosintéticas poseen pigmentos de tipo
carotenoide que las protegen del efecto
fotosensibilizantes.
Los carotenoides captan la energía del
oxígeno singlete y la reenvían al estado
basal, no excitado.
No dejar los cultivos bacterianos expuestos a la luz solar, sino
cultivarlos en oscuridad