Control de los mo. ambiente natural

8. Control de los Microorganismos
8.1 Ambiente Natural.

El Microorganismo y su microambiente
n El crecimiento de los microorganismos en la naturaleza
depende de los recursos (nutrientes) disponibles y de las
condiciones de crecimiento (temperatura, pH, disponibilidad de
agua, luz y oxígeno). Estos recursos y condiciones de
crecimiento definen el nicho o habitat para cada
microorganismo en particular.
n En la tierra existen incontables nichos microbianos, y de ellos
depende en parte, la gran diversidad metabólica de los
microorganismos y la biodiversidad microbiana que se da en la
actualidad.
n Al ser los microorganismos muy pequeños, sus habitats o
microambientes, también lo son. Por ejemplo, en una partícula
de suelo de 3 mm, pueden existir varios tipos de
microambientes con características químicas y físicas muy
diferentes.

n  En una partícula de suelo, pueden
darse diferentes nichos ecológicos a
lo largo de una dimensión espacial
muy pequeña; esto explica como
pueden coexistir microorganismos de
varios tipos fisiológicos en un espacio
muy pequeño. Los números en la
partícula de suelo, indican las
concentraciones de oxígeno en
porcentajes. Los organismos
anaeróbicos podrían desarrollarse en
el centro de la partícula; los
microaerofílicos, más al exterior; y los
aeróbios estrictos en la parte externa
de la partícula. Las bacterias
facultativas podrían distribuirse en
toda la partícula.
El Microorganismo y su microambiente

n  En un ecosistema microbiano las células individuales
forman poblaciones. Las poblaciones relacionadas
metabólicamente constituyen agrupaciones llamadas
gremios, y los conjuntos de gremios que realizan
procesos fisiológicos complementarios interaccionan
para formar comunidades microbianas. Estas
comunidades interaccionan, a su vez, con
comunidades de macroorganismos y definen el
conjunto del ecosistema.
Asociaciones de microrganismos con
microorganismos.

Asociaciones de microrganismos con
microorganismos.
n  Tapetes microbianos. Estos tapetes son
comunidades microbianas estratificadas que
normalmente contienen cianobacterias en la
parte superior (capa verde oscuro), en las
capas siguientes crecen bacterias
fototróficas anoxigénicas (capa anaranjada),
en las capas inferiores crecen bacterias
quimiorganotróficas especialmente bacterias
reductoras de sulfato (capa amarilla). El
espesor total del tapete es de unos 2 cm.
n  Los tapetes microbianos se desarrollan en
varios ambientes especialmente junto a
fuentes termales y en zonas costeras de
poca profundidad; son sistemas dinámicos
en los que la fotosíntesis que tiene lugar en
las capas superiores está equilibrada por la
descomposición que se produce en la parte
inferior.

Tipos de interacción entre
poblaciones microbianas.
Nombre de la
Efecto de la interacción
interacción Población A Población B
1.  Neutralismo
2.  Comensalismo
3.  Sinergismo
4.  Mutualismo
5.  Competencia
6.  Amensalismo
7.  Predación
8.  Parasitismo
0
0
+
+
-
0 ó +
+
+
0
+
+
+
-
-
-
-
0 = No efecto; + = Efecto positivo; - = Efecto negativo.

Interacción planta-microorganismo
n Las raíces de las plantas, a diferencia de hojas y tallos (sujetas a
frecuentes desecaciones), se encuentran en un ambiente donde la
humedad varía poco y la concentración de nutrientes es mayor. Por
este motivo, las raíces de las plantas son la principal zona de
acción microbiana en los vegetales.
n La rizosfera es la región del suelo inmediata a la raíz y es una
zona donde la actividad microbiana suele ser intensa, debido a que
las raices excretan azucares, aminoácidos, hormonas y vitaminas,
que estimulan un crecimiento intenso de bacterias y hongos.
n La filosfera es la superficie de la hoja de la planta; muchas de las
bacterias que viven sobre las hojas fijan nitrógeno.
n Dos asociaciones muy desarrolladas entre plantas (que incluyen
algas y hongos) y microorganismos son: los líquenes y las
micorrizas.

Líquenes
n Los líquenes están constituídos por dos
organismos, un hongo y un alga en una
relación poco específica. El alga es un
organismo fototrófico, con capacidad de
producción de materia orgánica, que sirve
para alimentar al hongo. Como se aprecia
en la fotografía de una sección transversal
de un líquen, este está formado por una
asociación densa de muchas células
fúngicas, en las cuales se incrustan las
células del alga.
n La forma del líquen esta determinada
principalmente por el hongo.
n En algunos líquenes, el componente
fototrófico puede ser una cianobacteria en
lugar de un alga.

Líquenes
n La mayoría de los hábitats en
que viven los líquenes, son
secos, como en esta fotografía
en donde se observa un líquen
creciendo sobre un árbol muerto.
n El hongo le proporciona al alga,
un anclaje firme para que crezca
protegida de la erosión causada
por la lluvia o el viento.

Líquenes
n Otra función del hongo es
proteger al alga de la
desecación; los líquenes
suelen habitar rocas (como
se observa en la fotografía),
suelos desnudos o tejados;
en general, los hongos
toleran mucho mejor las
condiciones secas en
comparación con las algas.

Líquenes
n En esta fotografía, se
p u e d e a p r e c i a r e l
crecimiento de diferentes
líquenes, sobre rocas.
n Aunque los líquenes viven
e n l a n a t u r a l e z a e n
c o n d i c i o n e s b a s t a n t e
severas, son muy sensibles
a la contaminación, y
desaparecen rápidamente de
las zonas donde el aire está
contaminado.

(hongo).
n Micorrizas, significa literalmente “hongo de raíz” y se refiere a la
asociación simbiótica que existe entre las raices de las plantas y los
hongos; estos hongos no se encuentran solos en la naturaleza por
lo que se consideran simbiontes estrictos. Hay dos clases de
micorrizas.
n Ectomicorrizas, en las cuales las células fúngicas forman una
vaina alrededor del exterior de la raíz.
n Endomicorrizas, en las cuales el micelio del hongo se encuentra
inscrustado en el tejido de la raíz.

Micorrizas
n Las ectomicorrizas se encuentran
principalmente en los árboles que
forman bosques (coníferas, hayas y
encinos). En un bosque, casi todas las
raices de los árboles contienen
micorrizas; el hongo produce sustancias
para el crecimiento de las plantas que
originan alteraciones morfológicas en la
raíz y causan la ramificación dicotómica
corta, como la que se observa en esta
foto, de una micorriza típica de la raíz
del pino Pinus rígida, con rizomorfos del
hongo Thelophora terrestre. Las raíces
largas no están infectadas.

Micorrizas
n El efecto benéfico que la planta
obtiene se observa claramente en
esta fotografía, en la cual se observa
plantas de seis meses del pino
Pinus radiata, crecido en un suelo
de pradera: izquierda planta sin
micorrizas y derecha con micorrizas.
n Las plantas que poseen micorrizas
pueden absorber nutrientes de su
ambiente con mas eficacia que las
que no las poseen, probablemente
debido, a la mayor superficie que
proporciona el micelio del hongo.

(bacteria)
Agrobacterium e interacción con plantas.
n El genéro Agrobacterium comprende
microorganismos que causan la
formación de crecimientos tumorales en
una gran variedad de plantas.
Agrobacterium rhizogenus produce la
aparición de una masa maligna de
raíces en el sitio infectado, lo cual da
lugar a raíces pilosas. En la fotografía de
la derecha se observa el tumor de una
planta de tabaco, causado por bacterias
de A. tumefaciens; el tumor crece de
manera incontrolada como sucede en un
tumor animal.

Bacterias y simbiosis con leguminosas.
n Entre las interacciones más
interesantes y destacadas entre
bacterias y plantas, estan las que se
dan entre las leguminosas y los
generos Rhizobium, Bradyrhizobium
y Azorhizobium. Las leguminosas
incluyen plantas de importancia
económica como la soja, el trébol, la
alfalfa, las judías y los guisantes.
La infección de las raíces de la soja
(fotografía de la izquierda), por
Bradyrhizobium japonicum conduce
a la formación de nódulos radicales
en los cuales se realiza un proceso
llamado: fijación de nitrogeno.

Bacterias y simbiosis con leguminosas.
n La fijación de nitrógeno por medio
de la simbiosis leguminosa-
Rhizobium es de considerable
importancia en agricultura. Debido a
que la carencia de nitrógeno ocurre
e n s u e l o s s i n a b o n a r , l a s
leguminosas noduladas ( plantas de
soja de la derecha en la fotografía),
ofrecen una ventaja selectiva sobre
las que no lo son ( plantas de soja a
la izquierda).

n  El Rumen. Es un órgano especial que
poseen los rumiantes, o mamíferos
hervívoros; en su interior se lleva a cabo la
digestión de la celulosa y otros
polisacáridos vegetales mediante la
actividad de poblaciones microbianas. Los
mamiferos que se alimentan de hierba y
plantas carecen, como casi todos los
animales, de las enzimas para digerir la
celulosa, y los microorganismos actúan
c o m o a g e n t e s d i g e s t i v o s p a r a
metabolizarla. La glucosa liberada
experimenta luego una fermentación
bacteriana.
n  Además de sus funciones digestivas, los
microorganismos del rumen sintetizan
aminoácidos y vitaminas; siendo estos la
principal fuente de estos nutrientes
esenciales para el animal.
n  Muchas de las células microbianas del
rumen son digeridas, constituyendo estas
la principal fuente de proteínas y vitaminas
del animal.
Asociaciones de microrganismos
con microorganismos superiores.

Los microorganismos del rumen.
n  Bacterias. Dado que el potencial de reducción en el rumen es de
-0.4V predominan las bacterias anaerobias estrictas. Estudios
realizados en distintas partes del mundo, demuestran que la mayoría
de los rumiantes, contienen las mismas bacterias principales, en
proporciones que varian según el tipo de alimentación de cada
especie. Por ejemplo anaerobios celulolíticos (Fribobacter
succinogenes), digestores de almidón (Ruminobacter amylophilos) o
digestores de pectinas (Lachnospira multiparus).
n  Protistas y Hongos. Además de procariotes, el rumen posee una
biota de protitas (106/ml), compuesta casi exclusivamente de ciliados,
muchos de los cuales son anaerobios estrictos, una característica que
no es frecuente en los eucariotas. No son necesarios para la
fermentación del rumen, pero contribuyen al conjunto del proceso. En
el rumen, también hay hongos anaeróbicos, que se sabe ejercen
alguna función en los procesos digestivos en la degradación de
polisacáridos.
n  Cambios bruscos en la alimentación de un rumiante (cereales por
forraje), producen cambios en la composición microbiana del rumen
que pueden causar enfermedad, o incluso la muerte del animal
afectado.

Interacciones microbianas con organismos
superiores.
Huésped humanos.
n  Miles de millones de células se encuentran en o sobre el
huésped humano, y la mayoría desempeñan una función
beneficiosa, a veces fundamental, en la salud integral de la
persona; estos microorganismos constituyen en conjunto la
MICROBIOTA (FLORA NORMAL).
n  Cuando el (los) microorganismo (s) que viven sobre el huésped
humano, no tienen efectos beneficiosos, se denominan
PARÁSITOS; los parásitos pueden ejercer escaso o nulo efecto
sobre el huésped o pueden ocasionar una lesión o perjuicio
sobre este, a estos se les denomina PATÓGENOS.

superiores.
Huésped humanos.
n  El cuerpo humano proporciona entornos favorables (ricos en
nutrientes y factores de crecimiento), para el crecimiento de
muchos microorganismos. Sin embargo no se puede considerar
como un entorno uniforme; cada región u órgano (piel, tracto
respiratorio) difiere química y físicamente de las otras zonas, y
proporciona un entorno selectivo, donde se favorece a ciertos
microorganimos frente a otros.
n  Los microorganismos se encuentran casi siempre en aquellas
zonas del cuerpo expuestas al mundo exterior como la piel, la
cavidad oral, el tracto respiratorio, el tracto intestinal y el tracto
genitourinario. Normalmente no se hayan presentes en los
órganos internos, la sangre y los sistemas linfáticos.

superiores.
Microbiota (flora normal) de la piel.
La mayoría de los microorganismos de la piel (2 m2 de superficie en un adulto)
se asocian directa o indirectamente con las glándulas sudoríparas, de las que
hay tres clases:
n  Glándulas ecrinas. Son las principales glándulas responsables de la
transpiración (concentradas en palmas y plantas de los pies). Se
encuentran relativamente desprovistas de microorganismos, debido quizá
al extenso flujo de líquidos.
n  Glándulas apocrinas. Restringidas a las regiones axilares, genitales,
pezones y ombligo. Las poblaciones bacterianas son relativamente
elevadas en estas zonas calientes y húmedas. El olor axilar se desarrolla
como resultado de la actividad bacteriana sobre las secreciones apocrinas.
n  Glándulas sebáceas. Todos los folículos pilosos se asocian con estas
glándulas, y ofrecen un habitat atractivo para una variedad de bacterias
aerobias, anaerobias y hongos, pricipalmente, justo por debajo de la
superficie cutánea.

Microbiota (flora normal) de la piel.
n  La microbiota (flora normal) de la piel consta primariamente de un grupo
restríngido de bacterias Gram positivas. Estas incluyen distintas especies
de Staphylococcus y de corinebacterias aerobias y anaerobias.
Propionibacterium acnes, es habitualmente un residente inofensivo,
aunque puede contribuir al cuadro conocido como acné.
n  Acinetobacter, es una de las pocas bacterias Gram negativas que
normalmente se encuentran en la piel.
n  Es rara la presencia de levaduras, en las superficies cutáneas, una
excepción es la levadura Pityrosporum ovalis que se encuentra
ocasionalmente en el cuero cabelludo.
superiores.

Microbiota de la cavidad oral.
n  La cavidad oral es uno de los hábitats microbianos más
heterogéneos y complejos del cuerpo. La saliva aunque
contiene nutrientes, no es un buen medio de cultivo. Contiene
0.5% de sólidos, de los que casi la mitad son inorgánicos, y
entre los constituyentes orgánicos predominan las proteínas:
enzimas salivares, mucoproteínas y sustancias antibacterianas
como la lizozima y lactoperoxidasa. A pesar de estas
sustancias antibacterianas, la presencia de partículas
alimenticias y restos epiteliales convierten a la cavidad oral en
un hábitat microbiano favorable.
superiores.

Los dientes y la placa dental. Durante el primer año de
vida (cuando no hay dientes), en la boca predominan
las bacterias anaerobias aerotolerantes así como
estreptococos y lactobacilos; cuando aparecen los
dientes hay un cambio hacia los anaerobios,
desarrollandose bacterias adaptadas al crecimiento
sobre superficies.
n  A partir de una superficie dental limpia, el primer
evento es la formación de una fina película orgánica,
que resulta de la fijación de glucoproteínas ácidas de
la saliva; esta película sirve de anclaje para
microcolonias bacterianas. La colonización es muy
específica y solo implica a unas cuantas especies de
Streptococcus (S. sanguis, S. sabrinus, S.
mutans. y S. mitis). El crecimiento intenso de estos
microorganismos, forma una zona bacteriana espesa
denominada PLACA. La falta de aseo contribuye a
que la placa siga formándose y comienzan a aparecer
bacterias filamentosas, como Fusobacterium. En una
placa gruesa pueden predominar los microorganismos
filamentosos, como los de esta fotografía.
superiores.

n  Caries dental. Con el aumento de la placa dental, aumenta la
producción de productos ácidos y el resultado final es la caries
dental. El deterioro dental es entonces una enfermedad
infecciosa.
n  Las dietas ricas en azucar son especialemnte cariogénicas,
debido a que las bacterias ácido-lácticas fermentan los
azúcares a ácido láctico, que provoca la descalcificación del
esmalte del diente, seguida de la proteolísis de la matriz por
enzimas bacterianas. Se ha implicado a dos organismos en la
caries dental: Streptococcus sobrinus y Streptococcus mutans,
productores del ácido láctico.
n  La susceptibilidad a la caries dental depende del individuo y de
la dieta; por ejemplo, no se encuentra caries dental en niños de
Tanzania, probablemente debido a factores de la dieta; en ellos
no se encuentra Streptococcus mutans en la placa dental.
superiores.

Placa gingival humana que muestra una comunidad de microorganismos

Biopelícula formada por Pseudomonas auruginosa en un tejido humano. Estas
comunidades microbianas suelen ser muy resistentes a los antibióticos y a los
mecanismos del sistema inmunológico

Microbiota del tracto gastrointestinal (TGI).
El TGI humano, se compone de estómago, intestino delgado y
grueso. El pH de los fluídos del estómago es aproximadamente
de 2. Aunque el número de bacterias del contenido gástrico es
bajo, las paredes del estómago se encuentran intensamente
colonizadas por bacterias, entre las cuales se encuentran
lactobacilos y estreptococos tolerantes a los ácidos.
superiores.

Adherencia específica de Escherichia coli a células intestinales.

Microbiota del tracto gastrointestinal (TGI).
n  Intestino delgado. Desde el duodeno al íleon, el pH se hace menos
ácido; en el íleon inferior se encuentran hasta 105-107 bacterias por gramo,
mezcladas con el material digestivo.
n  Intestino grueso. En esta región los anaerobios facultativos como
Escherichia coli se encuentran en pequeñas cantidades, inferiores a
107gramo de contenido intestinal. Los aerobios consumen todo el oxígeno
presente, convirtiendo el ambiente en estrictamente anaerobio y favorable
para el crecimiento intenso de anaerobios obligados, como bacilos largos
delgados, Gram negativos con extremos en forma de huso (fusiformes);
estos se encuentran fijados por un extremo a la pared intestinal. Otros
anerobios incluyen especies de Clostridium y Bacteroides. El número total
de anaerobios es enorme de 1010-1011 células por gramo de contenido
intestinal. Enterococcus faecalis esta casi siempre presente en cantidades
significativas.
superiores.

Intestino Grueso.
La microbiota intestinal del recién nacido, se establece
precozmente. En los niños amamantados, la microbiota se
compone principalmente de Bifidobacterium sp. A medida que
el niño crece, la microbiota se hace más compleja, hasta
parecerse a la del adulto; esta varía entre especies y también
depende de la dieta. Quienes consumen mucha carne
presentan cantidades importantes de Bacteroides y menos
bacterias coliformes y del ácido láctico que las presentes en un
individuo vegetariano.
Las bacterias contituyen casi un tercio del peso de la materia
fecal.
superiores.

Contribuciones bioquímicas/metabolicas de los microorganismos
intestinales.
La microbiota intestinal ejerce una marcada influencia sobre el animal,
realizando una amplia variedad de reacciones metabólicas. Destacan
las modificaciones de los ácidos biliares así como la liberación de
productos de la fermentación, como sustancias odoríferas.
Síntesis de vitaminas
Producción de gas
Producción de olor
Producción de ácido
orgánico
Reacciones de glicosidasa
Metabolismo esteroide
Producto: tiamina, riboflavina, piridoxina, B12, K.
Producto: CO2, CH4, H2.
Producto: H2S, NH3, aminas, indol, escatol, ácido
butírico.
Producto: ácido acético, propiónico, butírico.
Enzima, β-glucoronidasa, β-galactosidasa, β-glucosidasa,
α-glucosidasa, α-galactosidasa.¨
Proceso: esterificación, deshidtroxilación, oxidación,
reducción, inversión.
superiores.

Gases Intestinales. El gas producido en los intestinos, denominado
flato es el resultados de la acción fermentativa y metanogénica de los
microorganismos; con la producción de hidrógeno (H2) y dioxido de
carbono (CO2).
Los metanogenos convierten el H2 y CO2, producidos por otros
microorganismos, en metano (CH4). Los adultos normales expelen
diariamente de sus intestinos, varios cientos de mililitros de gas, de los
que aproximadamente la mitad es N2, que procede del aire tragado.
Contribuciones bioquímicas/metabólicas de los microorganismos
intestinales.
superiores.

Tracto respiratorio superior (nasofaringe, cavidad
oral y garganta).
Los microorganismos residentes que con más
frecuencia se encuentran son los estafilococos,
estreptococos, bacilos diftéricos y cocos
Gramnegativos. Las bacterias potencialmente
Patógenas como Staphylococcus aureus,
Streptococcus pyogenes, Corynebacterium diphteriae,
frecuentemente forman parte de la microbiota de la
nasofaringe de individuos sanos (portadores); en
estos individuos el crecimiento de los patógenos, esta
limitado por los microorganismos residentes y por esta
razón no adquieren la enfermedad.
Microbiota del tracto respiratorio.
superiores.

Tracto respiratorio.
n  Tracto respiratorio inferior. (tráquea, bronquios y pulmones).
Las paredes del tracto respiratorio en su conjunto están
revestidas de un epitelio ciliado y los cilios con movimiento en
sentido ascendente, empujan a las bacterias y a otras partículas
hacia el tracto respiratorio superior, donde son expelidas en la
saliva y secreciones nasales, por esta razón, estas zonas estan
practicamente libres de microorganismos.
superiores.

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