1. DISTRIBUCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
EN LA NATURALEZA
ECOLOGÍA MICROBIANA: CONCEPTOS
GENERALES

2. Microambientes
-Los hábitats naturales de los microorganismos
son muy diversos.
-La ecología microbiana se encarga del estudio de
los microorganismos en sus hábitats, de las
relaciones con otros organismos y con sus
ambientes. Por tanto tiene dos objetivos:
j
El estudio de los microorganismos presentes en
los nichos ecológicos
El estudio de sus actividades metabólicas
-Es una ciencia básica y de importancia practica
la resolución de problemas medioambientales

3. Hábitat: es la localización física de un organismo.
Nicho: es un término más amplio que hábitat ya que
incluye a los microorganismos, su hábitat físico y las
condiciones de crecimiento físicas y químicas.
-El nicho de cada organismo esta definido por las
diferencias en el tipo y cantidad de los diferentes
recursos o nutrientes y po las co d c o es de hábitat.
ecu sos ut e tes por as condiciones del áb tat
-Para cada organismo existe al menos un nicho siendo el
principal aquel en el que crece mejor.
-De la gran variedad de nichos que existen depende en la
tierra la gran diversidad metabólica de los
microorganismos y la biodiversidad microbiana.

4. Microambiente :lugar del hábitat en el que un
microorganismo vive y lleva a cabo su
metabolismo.
- Por ejemplo en una partícula de suelo de
3mm pueden existir diversos tipos de
microambientes con características químicas y
Mayor concentración de O2
físicas muy diferentes, que no se parezcan
nada entre sí.
d t í
Microaerófilos
Menor concentración de O2
Anaerobios
facultativos
Mapa de contorno de [O2] en una partícula de suelo

5. -En un microambiente las condiciones fisicoquímicas
pueden cambiar rápidamente en cuanto al tiempo y al
espacio. Por tanto hay que decir que los microambientes
son heterogéneos y que las condiciones en un determinado
microambiente pueden cambiar muy deprisa. De esta forma
los microambientes contribuyen al aumento de la
diversidad microbiana en un espacio físico y relativamente
di id d i bi i fí i l ti t
pequeño.

6. Ecosistemas microbianos
● Están formados por una comunidad natural
que se estructura:
componentes bióticos del ecosistema
componentes abióticos
● tiene en cuenta las complejas interacciones
entre:
los microorganismos que forman la
comunidad
los flujos de energía y materiales que la
atraviesan alimentos….

7. Tienen tres elementos básicos:
● Autótrofos (transformar los compuestos
inorgánicos en orgánicos)
● Heterótrofos(utilizan los c. orgánicos de
c
los autótrofos)
● Elemento abiótico suelos(crítico para el
reciclado de los nutrientes)

9. Para desarrollarlo los microorganismos
necesitan:
● Un área grande de contacto
● Un rápido desarrollo
● Gran capacidad para degradar

10. Funciones de los microorganismos en
el ecosistema:
● Formación de materia orgánica (fotosintesis y
procesos quimiosinteticos)
● Descomponen la materia orgánica
● Fuente de nutrientes
● Modifican sustratos y nutrientes
● Cambian las proporciones de materiales
solubles y gaseosos
● Producen compuestos inhibitorios

11. Biofilms o biopelículas: concepto,
composición, formación y propiedades.
Concepto
- Son comunidades de microorganismos que crecen embebidos en
una matriz de exopolisacáridos y adheridos a una superficie inerte
o u tejido vivo.
-Constituyen una modalidad de crecimiento protegido que permite
a las bacterias sobrevivir en ambientes hostiles.
-El sistema quorun sensing es un mecanismos de regulación
dependiente de la acumulación en el medio de una molécula señal
autoinductor que permite a la bacteria sentir la densidad de
población existente.
“Quorum sensing”

12. -Las bacterias en la biopeliculas pueden llevar a la destrucción
tanto de superficies inertes como vivas, a partir de los productos
excretados de las células bacterianas.
-Atrapan nutrientes para el crecimiento de las poblaciones
microbianas y ayudan a impedir el desprendimiento de las
células que crecen sobre las superficies expuestas a corrientes
de lí id
d líquido.
- Presentan normalmente numerosas capas de microorganismos,
cada una de las cuales pueden unirse a una superficie.

13. - Las bacterias en la biopeliculas pueden llevar a
la destrucción tanto de superficies inertes como
vivas, a partir de los productos excretados de las
células bacterianas.
- Atrapan nutrientes para el crecimiento de las
p
poblaciones microbianas y ayudan a impedir el
y p
desprendimiento de las células que crecen sobre
las superficies expuestas a corrientes de líquido.
- Presentan normalmente numerosas capas de
microorganismos, cada una de las cuales pueden
unirse a una superficie.

14. Composición
Aunque la composición del biofilm varía en
función del sistema en estudio, el
componente mayoritario es, el agua, que
puede representar hasta un 97% del
contenido total. Además de agua y de las
t id t t l Ad á d d l
células bacterianas, la matriz del biofilm está
formada principalmente por exopolisacáridos
secretados por las propias células que
forman parte del mismo. En menor cantidad
se encuentran otras macromoléculas como
proteínas, DNA y productos diversos
procedentes de lisis de las bacterias.

15. Formación
-Comienza a formarse cuando una bacteria acuática
libre o plactónica se adhiere una superficie.
Etapas de formación:
-Unión inicial de las células plactónicas al sustrato
por atracción electrostática y fuerzas físicas no
químicas
-Comunicación célula-célula y formación de
microcolonias
-Formación de la comunidad de estructura compleja y
composición multiespecies
-Regreso de algunas células al estado planctónico y
reinicio del ciclo.

16. Formación de las biopelículas
Células planctónicas
Liberación de
células
Biopelícula
madura
Producción EPS
Formación de
microcolonias
adhesión

17. Ventajas de la vida en las
biopelículas
-Protección frente a sustancias antimicrobianas
a través de la capa de EPS
-Mejor captación de nutrientes con lo que el
metabolismo es más activo y h mayor
t b li á ti hay
crecimiento. Las trazas de los nutrientes se
concentran sobre las superficies.
-Mayor interacción entre los microorganismos
con la posibilidad de intercambio de material
genético y de metabolitos

18. Propiedades
- En la salud humana: en el cuerpo, las
células bacterianas de un biofilm se
encuentran protegidas ante ataques del
sistema inmunitario y los antibióticos y
antibióticos,
otros agentes antimicrobianos suelen
fracasar en su intento de penetrar en el
biofilm.

19. Enfermedades en las que las biopelículas son
importantes:
-Biopelículas en dientes, caries, enfermedades
periodentales
-Infecciones asociadas a catéteres, tubos
endotraqueales y otros materiales..
-Infecciones pulmonares relacionados con
Infecciones
fibrosis quística y Pseudomonas aeruginosa
-Colonización de implantes y materiales
protésicos: válvulas cardiacas,
osteoarticulares…
-Lentes de contacto.

21. -En la industria son beneficiosos en el tratamiento
de las aguas residuales y perjudiciales en la
colonización de materiales.
-El control de los biofilms requiere un gran
esfuerzo y hasta ahora solo se dispone de un
repertorio limitado de instrumentos para
combatirlos.
-En la estrategia de lucha contra estos invasores
En invasores,
se incluye el descubrimiento de nuevos
antibióticos capaces de penetrar en ellos y
fármacos que interfieran en la comunicación
intracelular y la consecuente formación de
biofilms. Por ejemplo uno de los productos
químicos que se usan son las furanonas.

22. AMBIENTES EXTREMOS.
Hasta hace relativamente poco creíamos que la vida era sólo
posible bajo condiciones normales: pH neutro, temperatura
próxima a 37 grados, fuerza iónica parecida a la de la sangre,
presión atmosférica, en presencia de oxígeno y ausencia de
la radiación.
Sin embargo, existen microorganismos capaces de vivir en
otras condiciones, los microorganismos extremófilos. Estos
viven en ambientes muy hostiles y se clasifican de la siguiente
forma:

23. Los microorganismos hipertemófilos, los cuales se desarrollan en
medios con temperaturas superiores a los 100 grados, junto a
fumarolas submarinas o junto a los géiseres.
Los microorganismos psicrófilos evolucionan en medios
extremadamente fríos, como son los hielos del océano Antártico, con
temperaturas de 20 grados bajo cero.
Un ejemplo de ellos son los organismos que se encuentran en el lago
Vostok.
Los microorganismos acidófilos son aquellos que como su nombre
indica viven en ambientes ácidos como pueden ser las fuentes
hidrotermales y los depósitos mineros.

24. Un claro exponente de este tipo de microorganismos se
encuentra en el río Tinto(Huelva), cuyo estudio ha supuesto una
gran trascendencia en el descubrimiento de la vida en Marte.
Su elevada acidez, con un pH próximo a 2,2 y su alto contenido
en hierro además de su contaminación hacen a este río
aparentemente inviable para mantener en su seno cualquier
atisbo de sistema biológico.
Sin embargo, alberga una colonia formada por más de 1300
especies distintas de microorganismos que se alimentan de
sulfuros polimetálicos.
La importancia de este hallazgo ha sido tal que la NASA ha
iniciado un proyecto para analizar pormenorizadamente este
insólito ecosistema, único en el mundo.

25. Otro grupo de microorganismos son los alcalófilos, los cuales
viven en ambientes alcalinos.
Ejemplos de ellos son los suelos con carbonatos y los lagos
cársticos.
Los microorganismos halófilos viven en ambientes muy salinos
como son los lagos salinos y salinas de evaporación. Estos
microorganismos tienen especial interés en la exploración de la
Luna de Júpiter conocida como Europa puesto que bajo sus
superficies parece que existe un gran océano de agua en el que
podrían habitar.
Los organismos sometidos a grandes presiones se adaptan a
medios radioactivos e incluso alcanzan períodos de letargo de 20
o 30 millones de años.

26. Algunos ambientes extremos en los cuales se desarrollan los
microorganismos son:
- Los respiraderos hidrotermales, con sus negras fumarolas, los
gusanos tubulares, extraños cangrejos y almejas albinas se han
convertido en habituales de los libros de texto, revistas... Así, hemos
entendido que estas comunidades no dependen de organismos
verdes que utilicen la luz del sol , sino de bacterias y arqueas que
extraen la energía de los elementos químicos arrojados al suelo
g q j
oceánico por los respiraderos.
- Las fuentes termales de Yellowstone y lugares como son las grietas
hidrotermales en el fondo del océano, que ha sido estudiado por el
astrobiólogo Jack Farmer.
- Por último se ha comprobado la existencia de microorganismos que
viven y sobreviven en medios tan hostiles como es el volcán inactivo
de los Andes chilenos.

27. PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LOS CICLOS
BIOGEOQUÍMICOS:
Los microorganismos en el curso de su crecimiento y metabolismo interactúan en
los ciclos de los elementos en la biosfera. Estos ciclos se denominan
biogeoquímicos pues en ellos ocurren tanto procesos biológicos como químicos.
Podemos definir ciclo biogeoquímico como el circuito en el cual un elemento
químico se mueve a través de componentes bióticos y abióticos del ecosistema.
En todo ecosistema existe una entrada de materia y energía. Pero mientras la
enegía sigue un flujo lineal, es decir termina siendo disipada, la materia tiene que
ser reciclada es decir sigue un comportamiento cíclico. Los ntrientes son
transformados y reciclados generalmente mediante reacciones redox. Todos los
ciclos de la materia están conectados. La energía se obtiene de la luz y de
reacciones redox.

28. Ciclo del Carbono: reservorios
● El ciclo del Carbono depende de la actividad de los microorganismos y de
los macroorganismos.
● Está ligado al ciclo del oxígeno.
● Principales reservorios:
El CO2 atmosférico y también disuelto en agua.
Las rocas y sedimentos de la corteza terrestre.
Los bosques y praderas , que constituyen el principal lugar de fijación
fotosintética de CO2.
La materia orgánica muerta, el humus.

29. Principales procesos de reciclado:
● La producción primaria o síntesis de materia orgánica a partir
de CO2.
● La descomposición de materia orgánica en productos
gaseosos (producción de metano en anaerobiosis )
● La producción de CO2 (fermentación anaeróbica o respiración
aerobica)

30. I. Importancia de la fotosíntesis:
● Constituye la única vía importante de producción de carbono orgánico
nuevo.
● Los organismos fototróficos oxigénicos pueden dividirse en 2 grandes
grupos:
Plantas superiores ( en ambientes terrestres)
p )
Microorganismos (en ambientes acuáticos)
● La ecuación global de la fotosíntesis oxigénica es:
CO2 + H2O → ( CH2O ) + 02
● Los organismos fototróficos también llevan a cabo la respiración:
( CH2O ) + O2 → CO2+H2O

31. II. Descomposición:
● Principales estados de oxidación del CO2:
Metano: se produce por la actividad de los metanógenos .
CO2: se produce por la actividad de quimioorganotrofos.
● En hábitat anóxicos, el CH4 resulta de la reducción de CO2 con H2 y de algunos
compuestos como el acetato.
● El metano producido en hábitat anóxicos es muy insoluble, por lo que es fácilmente
transportado a ambientes óxicos, donde es oxidado a CO2 por los metanotrofos.
● Todo el carbono orgánico revierte posteriormente a CO2, a partir del cual el
metabolismo autotrófico empieza una vez más el ciclo del carbono.

32. •Reservorios:
En la atmósfera Biomasa viva
En el agua Materia orgánica muerta
Fotosintéticos anoxigénicos
Fotosintéticos oxigénicos
Quimiolitótrofos
Materia orgánica
Respiradores
anaerobios.
Fermentadores
Respiradores
aerobios
Metanogénicos
Metanotrofos
Rojo: anaerobiosis
Azul: aerobiosis

33. CICLO DEL NITRÓGENO.
El mayor reservorio de nitrógeno es el nitrógeno gas de
la atmósfera. El nitrógeno no es utilizado por los seres
vivos a excepción de los microorganismos fijadores de
nitrógeno. El suelo y el agua actúan también como
reservorios de nitrógeno aunque mas limitado, las
formas mas abundantes son el nitrógeno orgánico, el
ión amonio y los nitratos como formas solubles en
agua.
El nitrógeno es el constituyente básico del protoplasma
y se encuentra en varios estados de oxidación. Los
principales procesos de transformación microbiana del
nitrógeno son la nitrificación y desnitrificación.

34. Fijación del nitrógeno
En el ciclo oxido-reducción del nitrógeno, el nitrógeno gas puede ser fijado
tanto en aerobiosis como en anaerobiosis por diferentes tipos de bacterias
originando amonio.
Varias de las reacciones de oxido-reducción del nitrógeno la llevan a cabo
casi exclusivamente microorganismos, por lo que su participación es
importante.
El nitrógeno gaseoso o N2 es la forma más estable del elemento y la
atmosfera es el reservorio más importante de nitrógeno en la tierra.
La gran cantidad de energía necesaria para romper el enlace nitrógeno-
nitrógeno significa que la reducción del nitrógeno es un proceso que
requiere gran cantidad de energía. Solo un número reducido de
microorganismos puede utilizar el N2 en el proceso de la fijación del
nitrógeno; por tanto el reciclado de nitrógeno en la tierra tiene lugar gracias
al amoniaco y al nitrato.
En muchos ambientes la productividad está limitada por el pequeño aporte
de compuestos de nitrógeno combinados, lo que hace muy ventajosa la
fijación biológica del nitrógeno.

35. Desnitrificación
Se conoce como desnitrificación la conversión de nitrato a
nitrógeno gaseoso. Este es el principal proceso de formación de
nitrógeno gaseoso.
La desnitrificación presenta una serie de inconvenientes y de
ventajas:
Como inconveniente, dado que el N2 es mucho menos utilizable
p
por los organismos que el nitrato, este proceso es perjudicial.
g q , p p j
Además, puede ser un problema si los campos abonados con
nitratos se inundan después de las lluvias primaverales. Se
establecen rápidamente condiciones anóxicas y la desnitrificación
puede ser un proceso importante.
Como ventaja, la desnitrificación resulta beneficiosa en el
tratamiento de las aguas residuales donde puede eliminarse el
nitrato, reduciendo el desarrollo de algas cuando el agua se
descarga en lagos.

36. Flujo de amoniaco y nitrificación
Se llama amonificación a la producción de amoniaco durante la
descomposición de los compuestos orgánicos tales como
aminoácidos y nucleótidos; a pH neutro se encuentra en forma
de amonio. En condiciones anóxicas, el amoniaco es
relativamente estable y es en esa forma en la que predomina el
nitrógeno en la mayoría de los sedimentos anóxicos. En los
suelos parte d l amoniaco lib d por d
l t del i liberado descomposición aeróbica
i ió óbi
es reciclado y convertido en aminoácidos por las plantas y
microorganismos.
El amoniaco al ser volátil se puede perder por el suelo o por
vaporización, pero las principales perdidas de amoniaco se dan
en lugares con gran población animal como los corrales.

37. El amoniaco constituye solo el 15% del nitrógeno liberado a la
atmósfera, puesto que la mayor parte restante se libera en forma
de N2 o N2O.
Llamamos nitrificación a la oxidación de amoniaco a nitrato; ocurre
fácilmente en suelos bien drenados a pH neutro por la acción de
bacterias nitrificantes.
Aunque el nitrato es fácilmente asimilable pos las plantas, es muy
soluble en agua y se lava rápidamente en los suelos que reciben
mucha agua Por lo que la nitrificación no es beneficiosa en la
agua.
agricultura.
El amoniaco anhidro se utiliza como abono nitrogenado.
Normalmente se añaden al abono productos químicos para inhibir
la nitrificación. Uno de los inhibidores más corrientes es la
nitrapirina, compuesto análogo a la piridina, que interrumpe
específicamente en primer paso de la nitrificación que es la
oxidación de amoniaco a nitrito. Al añadir inhibidores de la
nitrificación aumenta la eficacia de los abonos y se evita la
contaminación acuosa.

38. Ciclo del azufre
•El reservorio principal es el sulfhídrico.
•Los microorganismos fotosintéticos transforman el azufre mediante
reacciones químicas empleando los sulfuros como fuentes de electrones:
• En ausencia de luz, los sulfuros pueden pasar a ambientes oxidados.
•Cuando el sulfato difunde a ambientes reducidos, permite llevar a cabo la
reducción de sulfato:
1.Reducción desasimilatoria: sulfato como aceptor externo de electrones para
formar sulfuros, que se acumulan en el ambiente.
2.Reducción asimilatoria: reducción de sulfato para utilizarlo en la biosíntesis
de aminoácidos y de proteínas.

39. •Otros organismos llevan a cabo la reducción desasimilatoria del azufre
elemental (Desulforomonas) o también la reducción de sulfitos en sulfuros
(Alteromonas y Clostridium).

40. CICLO DEL FÓSFORO:
Diferencias con el ciclo de carbono y nitrógeno
-No existen componentes gasesos
-No se puede obtener en la atmósfera,el fósforo deriva
únicamente de la meteorización de las rocas que contienen
fósforo (tanto orgánico como inorgánico)
-Es importante por :
*Todas las células vivas requieren fósforo para los ácidos
nucleicos,lípidos y algunos polisacáridos
la mayoria del fósforo ambiental está presente en bajas
concentraciones ,encerrado en la litosfera de la Tierra

41. El fósforo en estos materiales orgánicos se recicla
gracias a la actividad microbiana.
El fósforo inorgánico está cargado negativamente,de
forma que se acompleja rápidamente en el ambiente
con cationes como el hierro, el aluminio y el calcio. Estos
compuestos son relativamente insolules,y su disolución
depende del pH
pH.
La transformación microbiana del fósforo
pone de relieve la transformación del simple ortofosfato
(PO4 )̄, que presenta fósforo con valencia +5 a formas
más complejas.
Esto incluyen los polifosfatos que se encuentran en los
gránulos metacromáticos así como en macromoléculas

43. El fósforo entra en el suelo y en el agua a través de la
meteorización de las rocas, de los fertizantes de
fosfatos,y de residuos superficiales de la degradación de
las plantas .Las plantas y los microorganismos
rápidamente convierten el fósforo inorgánico a su froma
orgánica,provocando una imovilización.Sin
embargo,mucho del fósforo del suelo puede filtrarse
grandes distacinas o acomplejarse con cationes que
forman compuestos relativamente insolubles.

44. BIORREMEDIACIÓN
Se conoce como la utilización de microorganismos para
transformar productos contaminantes en productos de
degradación no tóxicos
Las aplicaciones más importantes de la
biorremediación han sido aquellas que
modifican el ambiente para estimular la
actividad de los organismos que alli se
encuentran.

45. EJEMPLOS:
Eficaces contra mareas negras :
el petróleo es una
fuente de carbono,
un nutriente para
las bacterias.

46. Muy eficaz para depurar agua
residuales: Biorremediación de
aguas contaminadas
por metales pesados
Muchos metales desempeñan un
papel específico como
microelementos para el desarrollo
de determinadas funciones vitales
en los seres vivos.
Altas concentraciones de metales
pesados suponen un riesgo y una
amenaza para la vida. La
contaminación del agua, del suelo y
del aire por metales pesados es un
problema ambiental muy
importante debido
fundamentalmente a su toxicidad,
persistencia, bioacumulación, y
efectos sinérgicos en la biota

47. CICLO DEL HIERRO
El hierro:
-Es uno de los elementos más
abundantes de la corteza terrestre
-Se presenta en dos estados de
oxidación, ferroso y férrico

48. ● El ciclo del hierro se da entre ambas
formas:
● - La reducción de hierro férrico se da tanto
químicamente como a consecuencia de la
respiración anaerobia.
● - La oxidación de hierro ferroso se produce
tanto químicamente como a resultas de una
q
forma de metabolismo quimiolitotrófico.
● El único aceptor de electrones capaz de oxidar
espontáneamente Fe2+ es el O2

49. REDUCCION BACTERIANA DEL
HIERRO
● Algunos microorganismos utilizan el hierro férrico
como aceptor de electrones.
● La reduccion bacteriana del hierro:
● Ambientes anoxicos
● Ocasiona la movilización del hierro, desde los
pantanos, turberas y otros habitat acuáticos ricos en
hierro. Cuando esta agua cargadas de hierro
alcanzan zonas óxicas, el hierro ferroso se oxida
químicamente o por las bacterias del hierro y se
producen compuestos férricos, que precipitan
formando un depósito marrón.

50. REDUCCION BACTERIANA DEL
HIERRO
• Oxidación del hierro ferroso:

51. OXIDACION BACTERIANA DE
HIERRO
• En medios no ácidos el Fe2+ es oxidado por
las bacterias del hierro como Gallionella y
Leptothrix, en interfases entre las aguas
subterraneas anoxicas ricas en hierro y el aire
• En medios ácidos es cuando la oxidación
bacteriana de hierro es más importante

52. ● Una de las formas más corrientes de hierro y azufre
en la naturaleza es la pirita (FeS2).
• La oxidación bacteriana de la pirita tiene gran
importancia para la aparición de las condiciones de
acidez en las actividades mineras.
● Thiobacillus ferroxidans y L.ferroxidans catalizan la
oxidación de iones ferrosos a férricos, estos iones
reaccionan espontáneamente con mas pirita para
oxidarla, produciendose iones ferrosos e iones
sulfato:

53. ● Los iones ferrosos formados son oxidados de nuevo
a iones férricos por las bacterias y reaccionan con
mas pirita.
● La tasa de oxidación de la pirita aumenta progresiva
y rápidamente en un proceso que se conoce como
ciclo de propagación.
● Algunos de los iones ferrosos generados por las
bacterias se escapan y son transportados p las
p p por
aguas subterraneas hasta cursos de agua cercanos.
● Las bacterias oxidan el hierro ferroso y se forma un
precipitado de hierro férrico insoluble.

54. ● La oxidación bacteriana de los minerales de
azufre es el principal factor en el drenaje ácido
de las minas, un problema ambiental frecuente
en las zonas donde hay minas de carbón.