1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
201504 – MICROBIOLOGÍA
CARMEN EUGENIA PIÑA LÓPEZ
M.Sc. Ciencias Biológicas MATERIAL AJUSTADO POR:
MARTA CECILIA VINASCO GUZMÁN MERY LILIANA LÓPEZ MARTÍNEZ
Bióloga, Especialista en Microbiología
FEDRA LORENA ORTIZ
Acreditador
PASTO Enero de 2011
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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO
El contenido didáctico del curso académico: Microbiología, fue diseñado en el año 2004 por la Dra. Carmen Eugenia Piña López, docente de la UNAD, de Bogotá. M.Sc. Ciencias Biológicas. Universidad Estatal de Jarkov (Ucrania), M.Sc. Docencia Universitaria. Universidad de la Salle. Bogotá, Especialista en Nutrición Animal Sostenible. UNAD. Bogotá, Especialista en Informática y Multimedios. Fundación Universitaria Los Libertadores. Bogotá y quien actualmente se encuentra cursando el Doctorado en Tecnología Instruccional y Educación a Distancia (Nuevas Tecnologías) con la Universidad NOVA en Estados Unidos.
El contenido didáctico ha tenido actualizaciones anuales a partir de su creación, las cuales fueron desarrolladas por la Dra. Marta Cecilia Vinasco. La versión desarrollada en el 2011 ha sido llevada a cabo por Mery Liliana López Martínez, Bióloga de la Universidad Nacional de Colombia, Especialista en Microbiología de la Universidad Católica de Manizales y Estudiante de Maestría en Ingeniería Ambiental de la Universidad Mariana de Pasto, Docente Auxiliar de la UNAD en el CEAD de Pasto.
Este documento se puede copiar, distribuir y comunicar públicamente bajo las condiciones siguientes:
• Reconocimiento. Debe reconocer los créditos de la obra de la manera especificada por el autor o el licenciador (pero no de una manera que sugiera que tiene su apoyo o apoyan el uso que hace de su obra).
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• Sin obras derivadas. No se puede alterar, transformar o generar una obra derivada a partir de esta obra.
• Al reutilizar o distribuir la obra, tiene que dejar bien claro los términos de la licencia de esta obra.
• Alguna de estas condiciones puede no aplicarse si se obtiene el permiso del titular de los derechos de autor
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INTRODUCCIÓN
El presente modulo está dirigido a estudiantes de programas de pregrado que oferta la UNAD, bajo la modalidad de educación superior a distancia.
El curso consta de tres (3) créditos académicos equivalentes a 144 horas de estudio, distribuidas de la siguiente manera:
Estudio independiente: 106 horas
Acompañamiento y seguimiento tutorial: 38 horas
El campo de formación corresponde a lo disciplinar básico dentro de los créditos obligatorios del plan de estudios.
El contenido de cada una de las partes fue seleccionado, teniendo en cuenta los saberes mínimos que se esperaría debe alcanzar un estudiante de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia en el campo de Microbiología.
El curso está orientado a la autogestión estudiantil de los conocimientos teóricos necesarios para la comprensión de los enfoques teóricos de la microbiología moderna y las condiciones de manejo seguro de los microorganismos, a nivel de laboratorio y en los procesos de aplicaciones industriales.
El Curso de Microbiología, está diseñado para estudiantes de educación a distancia con aprovechamiento de ambientes virtuales de aprendizaje, por consiguiente hace énfasis en la autogestión formativa mediada, sin excluir interacciones directas entre tutor y estudiante y de los estudiantes entre sí.
De la misma manera, se proponen los fundamentos teóricos necesarios para abordar el componente práctico (prácticas de laboratorio), que son importantes en la medida que se requiere verificar principios y teorías; además, desarrollar habilidades propias de un curso metodológico, es importante recordar que los cursos metodológicos no son habilitables. El modulo se caracteriza porque en cada lección se presentar ejemplos modelos del tema en estudio, al final de cada capitulo se exponen ejercicios; con respuesta, que permite a los estudiantes contextualizarse en diversas àreas del conocimiento, con el fin de fortalecer las temáticas propias del curso. Al final de cada unidad se presenta una Autoevaluación de un nivel medio-alto, las cuales permiten verificar los alcances de los estudiantes en las temáticas analizadas y detectar las debilidades y así centrarse en éstas, con el fin de alcanzar las metas propuestas.
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Finalmente, el Material pretende servir como guía de aprendizaje autónomo, se recomienda apoyar este proceso por medio de lecturas especializadas, ayudas audiovisuales, visitas a sitios Web y prácticas de laboratorio; entre otros, así lograr una efectiva comprensión, interiorización y aplicación delas temáticas estudiadas.
La microbiología estudia los microorganismos u organismos generalmente microscópicos, aunque algunos pueden ser observados a simple vista. Su estudio comprende la identificación y clasificación de los microorganismos, su origen y evolución, la dinámica del crecimiento, el rol interactivo de los microorganismos con el sistema inmunológico, las enfermedades que pueden producir y su importancia en la producción industrial. Hay muchos campos de estudio específico en microbiología: bacteriología, protozoología, micología, virología, microbiología agrícola, microbiología de alimentos, microbiología ambiental, entre otras.
El objeto material de la microbiología viene delimitado por el tamaño de los seres que investiga, lo que supone que abarca una enorme heterogeneidad de tipos estructurales, funcionales y taxonómicos: desde partículas no celulares como los virus, viroides y priones, hasta organismos celulares tan diferentes como las bacterias: eubacterias, arqueas, los protozoos, parte de las algas, los hongos y levaduras.
La microbiología es una disciplina que aporta tanto conceptos como técnicas y metodologías útiles para la gestión industrial de muchos procesos que aprovechan la capacidad de los microorganismos para la producción rápida de una serie de insumos y de transformaciones de materiales, necesarios para el desarrollo humano y económico, tales como aumento y rendimiento de cultivos, biofertilizantes, biocontrol, vectores para transferencias de información genética en el desarrollo de plantas transgénicas, producción de compuestos químicos y aditivos para alimentos, eliminación de materiales contaminantes y residuos tóxicos del medio ambiente entre otras.
¿Qué son los microorganismos?: Son los seres más numerosos que habitan en todas las regiones del planeta: suelo, aire, agua, hielo, rocas, cuerpo del hombre y de los animales, en plantas, alimentos. Sin ellos nuestro planeta no podría sobrevivir. La mayoría son de tamaño microscópico, aunque los hay visibles a simple vista como es el caso de algunos hongos y algas.
Los microorganismos se adaptan a las condiciones en que ningún otro organismo podría sobrevivir (ácidas, saladas, presión y temperaturas más extremas en la tierra), por ejemplo, el astrobiólogo de la NASA Jack Farmer estudia microorganismos que habitan en las aguas hirvientes de las fuentes termales en el Parque Nacional de Yellowstone. Estos microorganismos utilizan hidrógeno como fuente de energía.
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INDICE DE CONTENIDO
PAGINA
1. UNIDAD 1: TENDENCIAS DISCIPLINARES DE LA MICROBIOLOGÍA 11
1.1. CAPITULO1: PERSPECTIVAS Y TENDENCIAS 13
1.1.1. Lección 1: Definición de Microbiología 14
1.1.2. Lección 2: Evolución histórica 16
1.1.3. Lección 3: Campos de aplicación y perspectivas 18 1.1.4. Lección 4: Células procariotas y eucariotas 21 1.1.5. Lección 5: Clasificación de los Microorganismos 23 1.1.6. Actividades de Autoevaluación del capitulo 1 27
1.2. CAPITULO 2: DIVERSIDAD MICROBIANA 28
1.2.1. Lección 6: Organismos acelulares 29
1.2.2. Lección 7: Microorganismo celulares procariotas: Las arqueobacterias 40 1.2.3. Lección 8: Microorganismos celulares procariotas: Las eubacterias 43 1.2.4. Lección 9: Microorganismo celulares eucariotas: Protistos 60 1.2.5. Lección 10: Microorganismos celulares eucariotas: Hongos 70 1.2.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 2 79 1.3. CAPÍTULO 3: IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS 81 1.3.1. Lección 11: Elementos genéticos de los virus 83
1.3.2. Lección 12: Genética Bacteriana 85
1.3.3. Lección 13: Genética de protistos y hongos 91 1.3.4. Lección 14: Biotecnología microbiana 93
1.3.5. Lección 15. Inmunología Básica 95
1.3.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 3 99
2. UNIDAD 2: CRECIMIENTO MICROBIANO 102
2.1. CAPITULO 4: CINÉTICA DEL CRECIMIENTO MICROBIANO 105 2.1.1. Lección 16: Cinética del crecimiento microbiano 106 2.1.2. Lección 17: Parámetros físicos que afectan el crecimiento y desarrollo
de los microorganismos 109
2.1.3. Lección 18. Parámetros químicos que afectan el crecimiento y
desarrollo de los microorganismos 112
2.1.4. Lección 19: Parámetros que afectan la supervivencia de los
microorganismos 115
2.1.5. Lección 20. Mecanismos de Control para el crecimiento microbiano 119 2.1.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 4 128 2.2. CAPÍTULO 5: BIOSEGURIDAD Y EQUIPOS PARA LA PRÁCTICA DE
LA MICROBIOLOGÍA 129
2.2.1. Lección 21. Normas de bioseguridad 130
2.2.2. Lección 22. Niveles de contención en laboratorios 132 2.2.3. Lección 23. Equipos y materiales para manejo microbiológico de la 134
6
bioseguridad I
2.2.4. Lección 24: Equipos y materiales para manejo microbiológico de la
bioseguridad II 136
2.2.5. Lección 25: El microscopio 139
2.2.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 5 145
2.3. CAPÍTULO 6: TÉCNICAS DE CULTIVO 146
2.3.1. Lección 26. Medios de cultivo 147
2.3.2. Lección 27. Condiciones generales para el cultivo de
microorganismos 151
2.3.3. Lección 28. Siembra de microorganismos 154
2.3.4. Lección 29. Técnicas de tinción 159
2.3.5. Lección 30. Técnicas de recuento bacteriano 167 2.3.6. Actividades de autoevaluación del capítulo 6 172
3. UNIDAD 3: AMBIENTES MICROBIOLÓGICOS Y SU APLICACIÓN
INDUSTRIAL 174
3.1. CAPÍTULO 7: MICROORGANISMOS EN LA NATURALEZA 177 3.1.1. Lección 31: Poblaciones en los ecosistemas 179 3.1.2. Lección 32: Actividades biogeoquímicas de los microorganismos 186 3.1.3. Lección 33: Flora microbiana del aire 193 3.1.4. Lección 34: Microbiología del suelo 196
3.1.5. Lección 35: Microbiología del agua 202
3.1.6. Ejercicios de repaso del capítulo 7 207 3.2. CAPÍTULO. 8: MICROBIOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS 208 3.2.1. Lección 36: Las bacterias y su importancia en la producción de
alimentos 209
3.2.2. Lección 37: Alteraciones microbianas en los alimentos 218 3.2.3. Lección 38: Contaminación de alimentos 220 3.2.4. Lección 39: Microbiología de la leche y productos lácteos 224 3.2.5. Lección 40: Microbiología de frutas y hortalizas 227 3.2.6. Actividades de repaso del capítulo 8 237
3.3. CAPÍTULO. 9: SISTEMA INMUNOLÓGICO 239
3.3.1. Lección 41: Epidemiologia 240
3.3.2. Lección 42: Principales enfermedades 242
3.3.3. Lección 43: Vacunas 246
3.3.4. Lección 44: Productos farmacéuticos de origen microbiano 252 3.3.5. Lección 45: Contaminación de productos farmacéuticos y su control 255 3.3.6. Actividades de repaso del capítulo 9 258
7 INDICE DE TABLAS
PAGINA
Tabla 1. Comparación de tamaños en el estudio microbiológico 15 Tabla 2. Ejemplo de clasificación completa de un Microorganismo: la bacteria
Neisseria meningitidis 26
Tabla 3. Tabla de progresión de crecimiento microbiano 105 Tabla 4. Tabla de clasificación de microorganismos de acuerdo a su tolerancia
al pH 110
Tabla 5. Principales enfermedades causadas por microorganismos del agua
sus sintomas y la fuente de contaminación 205
Tabla 6. Principales enfermedades, patògeno, sintomas y fuente de
contaminación 206
Tabla 7. Algunas enfermedades humanas producidas por bacterias: 244 Tabla 8. Productos farmacéuticos aplicados a la salud humana y que provienen
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INDICE DE FIGURAS
PAGINA
Figura 1. Experimento de la teoría de la generación espontánea 16
Figura 2. Experimento de Louis Pasteur 17
Figura 3. Relaciones evolutivas entre los organismos vivos 24 Figura 4. Imagen y representación gráfica de un virus 30 Figura 5. Representaciones esquemáticas de un virus y un bacteriófago 31 Figura 6. Esquemas representativos de los Priones 38 Figura 7. Esquema del poder infectivo de los priones 39
Figura 8. Arqueas 41
Figura 9. Esquemas representativos de diferentes tipos de bacterias 44 Figura 10. Imágenes de la Spirulina máxima e Horminios en Spirulina 45
Figura 11. Imagen de Micoplama 48
Figura 12. Imagen de un micoplasma 50
Figura 13. Representación esquemática de una bacteria 51 Figura 14. Representación reproducción de una bacteria 55 Figura 15. Clasificación Morfológica de las bacterias 56
Figura 16. Protozoos 61
Figura 17. Esquema de un paramecio 61
Figura 18. Entamoeba histolítica. 63
Figura 19. Imagen del parásito Balantidium Colli 64
Figura 20. Tripanosomas en sangre. 64
Figura 21. Imagen de una Giardia lamblia 65
Figura 22. Imagen de los Plasmodium 66
Figura 23. Imágenes de algas 67
Figura 24. Imagen de una especie de levaduras 70 Figura 25. Imágenes de hifas de diferentes tipos de hongos 73 Figura 26. Reproducción asexual del hongo del pan: Rhizopus nigricans modificado e imagen de Conidios en Penicillium 74 Figura 27. Reproducción sexual de los hongos 75 Figura 28. Imágenes de levaduras: Saccharomyces cerevisiaede la familia Ascomycota y Cryptococcus albidus, utilizadas para la fabricación
de pan 78
Figura 29. Estructura del ADN 86
Figura 30. Serratia marcescens 87
Figura 31. Recombinación genética de bacterias 90
Figura 32. Plasmodium falciparum 92
Figura 33. Aspectos para el cálculo del crecimiento microbiano 107 Figura 34. Curva de crecimiento bacteriano 107 Figura 35. Esquema de los parámetros de crecimiento microbiano 118
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Figura 36. Imagen y partes de una autoclave 134
Figura 37. Horno Pasteur 135
Figura 38. Destilador de agua 135
Figura 39. Siembra en Cámara de Flujo Laminar 137 Figura 40. Imágenes de equipos de incubación 137
Figura 41. Phmetro y contador de colonias 139
Figura 42. El microscopio y sus partes 143
Figura 43. Cultivo de bacterias y aislamiento de colonias 148 Figura 44. Método de aislamiento por siembra por estría en placa. 156
Figura 45. Imagen de siembra por estrías 157
Figura 46. Imagen de la técnica del microcultivo de microorganismos 158 Figura 47. Cryptococcus neoformans en tinción con tinta china. 160 Figura 48. Imágenes de diferentes tinciones de Gram 162 Figura 49. Esquema del procedimiento de la tinción de Gram 163 Figura 50. Pared celular de las bacterias Gram positivas y Gram negativas 164
Figura 51. Mycobacterium tuberculosis 164
Figura 52. Clostridium perfringens, microorganismo causante del tétano 166 Figura 53. Recuento en placa dilución de la muestra 169
Figura 54. Contador de colonias 169
Figura 55. Esquema de los elementos necesarios para el recuento de
colonias 170
Figura 56. Rhizobium, streptomyces griseus 183
Figura 57. Ciclos biogeoquímicos 187
Figura 58. Ciclo del carbono 188
Figura 59. Ciclo del nitrógeno 189
Figura 60. Esquema del ciclo del azufre 190
Figura 61. Comportamiento de un fitopatógeno 194 Figura 62. Esquema de la formación de una comunidad clímax 196
Figura 63. Organismos del suelo 197
Figura 64. Algas verdeazules 198
Figura 65 Micelio (esporangios) de hongo 199
Figura 66. Esquema de Las Bacterias y su importancia en la producción
de alimentos 210
Figura 67. Lactobacillus bulgaricus 225
Figura 68. Contaminación en alimentos debido a fuentes hídricas 228 Figura 69. Secuencia lógica para la aplicación del sistema de haccp 232 Figura 70. Ejemplo de hoja de trabajo del sistema de HACCP 233
Figura 71. Tríada epidemiológica 241
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FICHA TÉCNICA
Nombre del curso: Microbiología código 201504http://www.unad.edu.co/fac_ingenieria/pages/Microbiologia_mutim edia/inicio.htm
Palabras clave: Microorganismos, bacterias, hongos, algas, virus, crecimiento, cultivo y técnicas de laboratorio, biotecnología, seguridad microbiana, aplicaciones industriales
Institución: Universidad Nacional Abierta y a Distancia -UNAD.
Ciudad: Bogotá – Colombia
Autora del Protocolo Académico:
Carmen Eugenia Piña López [email protected], [email protected]. Ajustado por:
Marta Cecilia Vinasco Guzmán,
[email protected], [email protected]. Mery Liliana López Martínez
Año: 2011.
Unidad Académica: Ciencias Básicas Campo de formación: Básica disciplinar Área del conocimiento: Ciencias Naturales.
Créditos académicos: Tres (3), correspondiente a 144 horas de trabajo académico: 106 horas promedio de estudio independiente y 38 horas promedio de acompañamiento tutorial.
Tipo de curso: Metodológico. No Habilitable
Destinatarios: Estudiantes de diversos programas de pregrado y cursos abiertos de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia-UNAD-.
Competencia general de aprendizaje:
El estudiante identifica y describe con propiedad los enfoques teóricos de la microbiología, así como sus aplicaciones en los problemas del entorno, aspectos que configuran el campo teórico de la microbiología, mediante el análisis de alternativas de uso seguro a nivel industrial apoyadas en experiencias previas de laboratorio y en procesos de investigación formativa.
Además el estudiante potencia su capacidad de autodirección del aprendizaje.
Metodología de oferta: A distancia.
Formato de circulación: Documentos impresos en papel, Web; CD-ROM. Se en el curso hipermedia se encuentran una serie de vídeos, animaciones. interactividades que potencian el autoaprendizaje
Denominación de las unidades didácticas:
1. Tendencias disciplinares de la microbiología. 2. Crecimiento Microbiano
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1. UNIDAD 1: TENDENCIAS DISCIPLINARES DE LA MICROBIOLOGÍA
Esquema de la unidad
Ficha técnica
Unidad 1: Tendencias Disciplinares de la Microbiología
Palabras claves:
Microorganismos, ciencia, interacciones, biotecnología, células eucariotas y procariotas, genética, bacterias, hongos, algas, virus.
Horas de trabajo académico:
El contenido de esta unidad corresponde a un crédito académico, que equivale a 12 horas de acompañamiento tutorial y 36 horas de trabajo independiente
12 Introducción:
La microbiología es una rama de la biología que se encarga del estudio de los organismos vivos de tamaño microscópico. Los microorganismos, algunos útiles y otros perjudiciales, son indispensables para la conservación de la vida.
Los determinantes ecológicos (condiciones ambientales), establecen las características de los microorganismos presentes. Esas características se ven representadas en la gran variedad de especies, número poblacional, requerimientos nutricionales, utilización de oxígeno para su metabolismo, etc.
Justificación:
Los estudiantes de carreras que tienen que ver con las ciencias de la vida, deben conocer los conceptos básicos de la morfología de los microorganismos, derivado del concepto de la ubicuidad de éstos, puesto que se encuentran en cualquier lugar de su entorno.
Intencionalidades formativas:
El estudiante debe adquirir con el desarrollo de la presente unidad los conocimientos básicos de la morfología y la taxonomía de microorganismos como las bacterias, los protozoos, los virus, los hongos y las algas.
Objetivos
Identificar y describir los enfoques teóricos de la microbiología, así como sus aplicaciones en los problemas del entorno, aspectos que configuran el campo teórico de la microbiología
Definir los términos más importantes en el campo de la microbiología
Conocer las principales diferencias entre los diferentes grupos de microorganismos
Determinar la importancia que tienen para el hombre los microorganismos de uso industrial, en su vida cotidiana y su impacto en el medio ambiente.
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1.1. CAPITULO 1. PERSPECTIVAS Y TENDENCIAS
Introducción
La Microbiología, es una ciencia en constante avance por el proceso de interacción entre los microorganismos y los humanos, plantas y animales, lo cual obliga a investigar las características de acción de cada tipo microbiano.
Objetivos
1. Identificar y describir los enfoques teóricos de la microbiología.
2. Identificar la interrelación de esta ciencia con diversos campos de estudio, desde una perspectiva científica y práctica
14 1.1.1 Lección 1. Definición de Microbiología
La microbiología estudia los microorganismos u organismos generalmente microscópicos, aunque algunos pueden ser observados a simple vista. Hay muchos campos de estudio específico en microbiología: bacteriología, protozoología, micología, virología, microbiología agrícola, microbiología de alimentos, microbiología ambiental, entre otras. El objeto material de la microbiología viene delimitado por el tamaño de los seres que investiga, lo que supone que abarca una enorme heterogeneidad de tipos estructurales, funcionales y taxonómicos: desde partículas no celulares como los virus, viroides y priones, hasta organismos celulares tan diferentes como las bacterias: eubacterias, arqueas, los protozoos, parte de las algas, los hongos y levaduras.
La microbiología es una disciplina que aporta tanto conceptos como técnicas y metodologías útiles para la gestión industrial de muchos procesos que aprovechan la capacidad de los microorganismos para la producción rápida de una serie de insumos y de transformaciones de materiales, necesarios para el desarrollo humano y económico, tales como aumento y rendimiento de cultivos, biofertilizantes, biocontrol, vectores para transferencias de información genética en el desarrollo de plantas transgénicas, producción de compuestos químicos y aditivos para alimentos, eliminación de materiales contaminantes y residuos tóxicos del medio ambiente entre otras.
¿Qué son los microorganismos?
Son los seres más numerosos que habitan en todas las regiones del planeta: suelo, aire, agua, hielo, rocas, cuerpo del hombre y de los animales, en plantas, alimentos. Sin ellos nuestro planeta no podría sobrevivir. La mayoría son de tamaño microscópico, aunque los hay visibles a simple vista como es el caso de algunos hongos y algas.
Los microorganismos se adaptan a las condiciones en que ningún otro organismo podría sobrevivir (ácidas, saladas, presión y temperaturas más extremas en la tierra). A excepción de los virus los microorganismos pueden existir como células individuales o como colonias de células. Una célula microbiana puede realizar de forma independiente todos los procesos metabólicos necesarios para vivir. De acuerdo con su estructura celular los microorganismos pueden ser procariotas y eucariotas. Dentro de los procariotas se encuentran las bacterias: arqueas y eubacterias, dentro de los eucariotas
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se agrupan: los hongos filamentosos pluricelulares de mayor tamaño y las levaduras unicelulares pertenecientes al reino Fungi, las algas (rojas, diatomeas y verdes.) y los protozoos pertenecientes al reino protista. También encontramos microorganismos acelulares de tamaño submicroscópico como son los virus, viroides, virusoides y priones. Los microorganismos pueden ser: patógenos cuando son agentes causantes de enfermedades, no patógenos habitantes de la flora normal del cuerpo y microorganismos benéficos utilizados en medicina, en la industria y en el control de la contaminación. El papel de los microorganismos en el mantenimiento de los ecosistemas es de vital importancia, ya que son los responsables del reciclamiento de la materia. En los ciclos biogeoquímicos, todos los ecosistemas terrestres y acuáticos dependen de los microorganismos para sostener sus requerimientos nutricionales.
Tabla 1. Comparación de tamaños en el estudio microbiológico
Ciencia Microorganismo Tamaño Equivalencia
Virología Virus 18 y 20 nanómetros de ancho 1 nanómetro (µm) = 1 millonésima parte de 1 milímetro 1000 nm = 1 µm Micrómetro (µm) = 1/1000 milímetros, es también conocido como micra (µ.) 1 µm = 0,001 mm 1 mm = 1000 µm Bacteriología Nanobacterias o ultramicrobacterias 20 a los 200 nanómetros o 0.02 -0.20 µm Arqueas 0,5-5 µm, Cianobacterias 1 a 10 µm Bacterias Nanobacterias 0.05 µm Micoplasmas 0.2 a 0.3 µm
Epulopiscium una bacteria de
gran tamaño 0.5 mm
E. coli 0.5 µm de ancho por 2
µm de largo
Micología Hongos Levaduras 2,5 -10 µm de ancho y 4, 5-21 µm. de largo hongos filamentosos 2 mm a 20 cm.
Ficología Algas de 1 µm hasta las que se observan a simple vista
Protozoología Protozoos 10 µm a varios mm. Transferencia
En 1858, este científico contrapuso a la teoría de la generación espontánea, la teoría de la biogénesis: toda célula viva proviene de otra célula viva. Indique el nombre del científico correspondiente:
A. Louis Pasteur B. Rudolf Virchow C. Lazzaro Spallanzani D. Robert Koch
16 1.1.2. Lección 2. Evolución histórica
El estudio de la microbiología se aclara mejor, al analizar su evolución histórica a través del trabajo de los grandes pioneros de esta disciplina. La primera invención que abrió la posibilidad de estudio de lo pequeño fue la creación del microscopio a comienzos del siglo XVII por el holandés Antony van Leeuwenhoek.
Hasta la segunda mitad del siglo XIV la gente creía que los organismos surgían espontáneamente del suelo húmedo, del estiércol o de la carne en descomposición- Teoría de la generación espontánea-. Una de las implicaciones de la invención del microscopio y la posible observación de estos minúsculos seres vivos fue el interés de la comunidad científica por el origen de estos seres microscópicos.
Figura 1. Experimento de la teoría de la generación espontánea
Tomado de: http://aportes.educ.ar/biologia/nucleo-teorico/recorrido-historico/como-se-origina-la-vida/los_primeros_experimentos.php
Los italianos, Francisco Redi (mediados siglo XVII) y Lazzaro Spallanzani (mediados siglo XVIII), lograron desvirtuar la teoría de la generación espontánea. Redi colocó pedazos de carne en frascos abiertos y cerrados. Notó que sólo aparecían gusanos en los frascos abiertos y Lazzaro Spallanzani mediante sencillos experimentos, hirviendo un caldo que contenía microorganismos en un recipiente de vidrio, y cerrándolo después herméticamente para evitar la entrada de aire, impidió el crecimiento de microorganismos al mantenerse el caldo claro y estéril.
17 Teoría de la Biogenésis
En 1858 el alemán Rudolf Virchow contrapuso a la teoría de la generación espontánea la teoría de la biogénesis: toda célula viva proviene de otra célula viva. Louis Pasteur, en 1861 fue quien en definitiva logró refutar la teoría de la generación espontánea al demostrar experimentalmente que los microorganismos presentes en el aire, sólidos y líquidos, eran los responsables de la contaminación de la materia y que estos microorganismos podían ser destruidos por acción del calor. Pasteur utilizó recipientes con cuellos largos y curvos, en los que colocó un caldo que había hervido durante algunos minutos. Al retirarlo del fuego, el aire entraba por el cuello, pero los microbios quedaban atrapados en él, lo que impedía que contaminaran el líquido y permitía conservarlo estéril indefinidamente. Sólo cuando se rompía el cuello, aparecían organismos en el caldo.
Figura 2. Experimento de Louis Pasteur
18 Transferencia
PREGUNTAS DE ANÁLISIS DE RELACIÓN
Este tipo de preguntas consta de dos proposiciones así: Una Afirmación y una Razón, unidas por la palabra PORQUE. Usted debe examinar la veracidad de cada proposición y la relación teórica que las une. Para responder este tipo de preguntas, debe leerla completamente y señalar en la hoja de respuesta, la elegida de acuerdo con las siguientes instrucciones:
Marque A si la afirmación y la razón son VERDADERAS y la razón es una explicación CORRECTA de la afirmación.
Marque B si la afirmación y la razón y la razón son VERDADERAS, pero la razón NO es una explicación CORRECTA de la afirmación.
Marque C si la afirmación es VERDADERA, pero la razón es una proposición FALSA. Marque D si la afirmación es FALSA, pero la razón es una proposición VERDADERA.
En la edad de Oro de la microbiología se lograron innumerables avances que establecieron a la microbiología como una ciencia PORQUE se desarrolló la pasteurización, la fermentación por acción de levaduras y el desarrollo de las técnicas de inmunización.
1.1.3. Lección 3. Campos de aplicación y perspectivas
La Microbiología como ciencia
La edad de Oro de la microbiología tuvo lugar durante los años 1857 a 1914, cuando se lograron innumerables avances que establecieron a la microbiología como una ciencia. Algunos de estos avances son los aportados por Louis Pasteur sobre: la teoría de la enfermedad infecciosa, el desarrollo de la pasteurización, la fermentación por acción de levaduras, el desarrollo de las técnicas de inmunización; los desarrollados por Robert Koch como el descubrimiento del Bacillus anthracis causante del carbunco , del Mycobacterium turbeculosis, agente de la tuberculosis, de la bacteria Vibrio cholerae, causante del cólera; otros científicos continuaron con el descubrimiento de más microorganismos causantes de enfermedades. En 1928 Alexander Fleming descubrió de forma accidental un hongo al que llamó penicilina, capaz de inhibir el
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crecimiento de las bacterias. Más tarde este hongo fue identificado como Penicillium notatun.
La microbiología y el estudio de la enfermedad infecciosa
El cambio de enfoque que tuvieron los científicos a comienzos del siglo XX influyó en la independencia que obtuvo la microbiología de la biología general. Los principales intereses de los microbiólogos en este periodo fueron la caracterización de enfermedades infecciosas, el estudio de la inmunidad y de sus funciones en la prevención y curación de las enfermedades, la búsqueda de agentes quimioterapéuticos y el análisis de las actividades químicas de los microorganismos, mientras que los biólogos estaban concentrados en la organización de la célula y su papel en la reproducción, el desarrollo y los mecanismos de herencia y evolución de vegetales y animales. Gracias a los desarrollos alcanzados en la microbiología se crearon nuevas ramas de esta ciencia como la virología y la inmunología.
Relación de la genética microbiana con la biología molecular
Años después, aportes importantes de la microbiología en la bioquímica y la genética pusieron fin a un largo aislamiento de ésta entre las principales corrientes del pensamiento biológico y establecieron la base para la segunda revolución importante de la biología: la biología molecular. La relación de la genética microbiana con la biología molecular dio origen a la tecnología del ADN recombinante que permite obtener microorganismos modificados genéticamente para:
Producir hormonas como la insulina humana utilizada en pacientes diabéticos y que es obtenida a partir de la levadura transgénica de Saccharomyces cervisiae, o de bacterias como Escherichia coli modificadas genéticamente; la hormona del crecimiento que se obtiene a partir de bacterias transgénicas.
Elaborar fármacos, vacunas, anticuerpos.
Fabricar aditivos para los alimentos como edulcolorantes, aminoácidos.
Producir enzimas utilizadas en la fabricación de productos de panadería, en cervecería, en la fabricación del queso.
Degradar residuos compuestos tóxicos como los detergentes, como los hidrocarburos, por ejemplo las bacterias transgénicas de Pseudomonas utilizan como nutrientes compuestos polihalogenados, convirtiéndolos en productos inocuos para el medio ambiente. Esta técnica se conoce como biorremediación.
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Campos de aplicación y perspectivas
La relación de la microbiología con otras disciplinas ha generado el desarrollo de otros campos del conocimiento como:
La microbiología de alimentos, estudia los microorganismos como productores de alimentos y como agentes de deterioro de alimentos. En el primer caso selecciona, mantiene, y mejora microorganismos útiles en la generación de productos alimenticios, con nuevas características sensoriales: texturas, olores o sabores, en el segundo caso se encarga de desarrollar mecanismos para prevenir y controlar el contacto con los alimentos.
La microbiología industrial se encarga de estudiar y manipular los microorganismos a gran escala para que produzcan compuestos o realicen funciones útiles como la producción y transformación de alimentos, fármacos, vacunas, disolventes orgánicos. Por ejemplo la proteína unicelular utilizada en la alimentación animal y producida por microorganismos cultivados sobre desechos industriales da rendimientos muchísimo más elevados que la producida en las cosechas.
La microbiología médicaestudia e identifica los agentes causantes de enfermedades y su proceso infeccioso, así como la respuesta inmunológica del paciente (sistema inmune y protección ante agresiones externas), y la selección del tratamiento antimicrobiano. La microbiología agrícola estudia los procesos microbianos útiles para el crecimiento de las plantas, además de las enfermedades de las plantas causadas por hongos, bacterias, virus, viroides entre otros.
La microbiología Sanitaria desarrolla procesos de ingeniería a gran escala para el tratamiento de residuos.
La microbiología del agua potable investiga y aplica métodos para eliminar las bacterias patógenas en redes de agua.
Igualmente gracias al estudio de los microorganismos, en la actualidad, se han desarrollado otras ramas de la Biología, como la Genética Microbiana, la Ingeniería genética y la Biotecnología.
Genética microbiana estudia la función de los genes, su expresión y regulación.
La Ingeniería genética con importante aplicación tanto en la en la parte clínica y en la agricultura. Mediante técnicas de ADN recombinante se han producido proteínas como la insulina, la hormona del crecimiento, el interferón, el factor VIII de coagulación, las beta endorfinas que suprimen el dolor, vacunas contra microorganismos causantes de enfermedades
La biotecnología microbiana se conoce como el manejo, modificación genética y propagación de microorganismos vivos mediante el uso de tecnologías como el cultivo de
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tejidos y la ingeniería genética, que dan como resultado la obtención de microorganismos nuevos o mejorados.
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Las cianobacterias, antiguamente conocidas como algas verdeazules, por su color verde-azulado (a veces rojizo, pardo o negro), son bacterias que han estado viviendo sobre nuestro planeta por más de 3 mil millones de años. Se caracterizan por que son:
1. Pluricelulares, eucariotas 2. Procariotas, autótrofas 3. Eucariotas, autótrofas 4. Unicelulares, pluricelulares
1.1.4. Lección 4. Células procarióticas y eucarióticas1
Organismos procarióticos son aquellos en los que no tienes organelos y no existe la separación entre núcleo y citoplasma. Dentro de este grupo se incluyen las bacterias. Organismos eucarióticos son aquellos en cuyas células puede diferenciarse un núcleo que contiene el material genético separado de un citoplasma en el que se encuentran diferentes orgánulos celulares.
Mención aparte merecen los virus, partículas inanimadas de material genético protegido por capas más o menos complejas de proteínas y lípidos. Carecen de actividad metabólica cuando se encuentran libres.
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Microbiología General. Tema 1: Introducción, morfología y estructura de los microorganismos. Tomado de: http://www.unavarra.es/genmic/microgral/01_morfologia_y_estructura.pdf
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En general, las células procarióticas son más simples que las eucarioticas. Las células eucarioticas, contienen membranas internas que diferencian órganos celulares (aparato de Golgi, retículo endoplásmico, vacuolas, lisosomas, etc.), no presentes en las células procariotas. En estas el citoplasma es continuo y en él se encuentra los encargados de la traducción del mensaje genético en proteínas.
Las células eucarióticas son el resultado de una simbiosis establecida hace muchos millones de años entre células procarióticas (que han dado lugar a las mitocondrias y a los cloroplastos) y un núcleo eucariótico (el núcleo de nuestras células). A causa de esta simbiosis, ciertos agentes quimioterapéuticos que son activos frente a procariotas pueden resultar tóxicos para eucariotas al interaccionar con sus mitocondrias.
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Las diferencias fundamentales entre células procarioticas y eucarióticas son:
1. Presencia de Pared Celular 2. Presencia/Ausencia de Núcleo
3. Presencia/Ausencia de Membrana Celular 4. Presencia/Ausencia de Organelos
23 1.1.5. Lección 5. Clasificación de los Microorganismos
La taxonomía de los microorganismos se refiere a las formas de clasificación con sus respectivos métodos. La taxonomía se encarga de la clasificación, identificación y nomenclatura de los organismos.
La clasificación se relaciona con la agrupación de los organismos en grupos o taxones en función de semejanzas mutuas o del parentesco evolutivo –filogenia. La nomenclatura se ocupa de la asignación de nombres a grupos taxonómicos de acuerdo con normas establecidas. La identificación determina a que taxón pertenece un determinado organismo.
La base en que se fundamenta la taxonomía microbiana se origina en la investigación de las relaciones filogenéticas resultantes de la evolución, la cual desembocó en las tres grandes categorías o dominios denominados por Carl Woese: Arqueobacterias o archaea, Eubacterias y Eucariotas.
* Arqueobacteria o Archaea Son las bacterias más antiguas que se conocen y están adaptadas a vivir en ambientes extremos, son de estructura células procariota.
* Eubacteria o Bacteria comprende las cianobacterias, los micoplasmas y las llamadas "bacterias verdaderas", son de estructura células procariota.
* Eucariota o Eukarya a este domino pertenecen los microorganismos de los reinos Protisto: protozoos y algas y del reino Fungi: los hongos filamentosos y los unicelulares como las levaduras y los organismos del reino Plantas y del reino Animal, son de estructura celular eucariota.
Estos 3 dominios agrupan a los microorganismos conocidos a excepción de los microorganismos acelulares como los virus, viroides y priones. La distancia entre cada uno de los grupos incluidos en cada dominio indica el grado de parentesco entre ellos.
24 Relaciones evolutivas entre organismos vivos2
En la actualidad se pueden determinar relaciones filogenéticas (evolutivas) entre los microorganismos. Para establecer estas relaciones se utilizan una serie de métodos basados en comparaciones de la secuencia de ácidos nucleicos, particularmente en la secuencia del ARN ribosómico (ARNr), esto es, el ARN estructural del ribosoma que constituye la estructura clave de la célula implicada en la traducción del ARN.
Figura 3. Relaciones evolutivas entre los organismos vivos
Fuente: Dra. Carmen Eugenia Piña
De hecho, uno de los descubrimientos recientes más importantes en biología es que los cambios en la secuencia nucleotídica del ARN ribosómico (determinados en definitiva por mutaciones en el ADN que codifica el ARN ribosómico) pueden ser usados como una medida para establecer relaciones evolutivas entre células.
A partir de estudios sobre secuencias de ARN ribosómico se pueden definir tres linajes celulares evolutivamente diferentes, dos de los cuales presentan estructura procariótica y
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uno que es eucariótico. Los grupos o dominios se llaman Eubacteria, Archaea o Arqueobacteria y Eukarya o Eucariota.
Pese al hecho de que a nivel molecular tanto Eubacteria como Arqueobacteria son procariotas, los dos grupos difieren evolutivamente entre sí tanto como del grupo Eucariota. Se piensa que los tres grupos se originaron muy pronto en la historia de la vida sobre la Tierra por divergencias a partir de un organismo ancestral común, el "antepasado universal". Eubacteria y Arqueobacteria representan ramas evolutivas que nunca evolucionaron más allá del nivel microbiano
Identificación y clasificación de los microorganismos
Además de comprender y valorar los orígenes filogenéticos de los organismos celulares resulta importante, ser capaz de identificar y clasificar los microorganismos. Una identificación rápida de un microorganismo causante de enfermedades en humanos o animales es esencial para establecer el tratamiento adecuado del paciente. Se han usado varios criterios para caracterizar microorganismos y, en la actualidad, se tienen en cuenta tanto características celulares como filogenéticas para la clasificación.
Tras un estudio profundo de la estructura y función de un microorganismo, incluyendo su genética, metabolismo, comportamiento y otras propiedades distintivas, es posible reconocer un cierto número de características únicas en un microorganismo dado. Una vez que el organismo ha sido definido en función de esa serie de características propias, recibe un nombre.
Los microbiólogos usan el sistema binomial de nomenclatura establecido inicialmente por Linneo para designar animales y plantas. El sistema binomial consta de dos nombres: el género y la especie. El género es un nombre que se aplica a ciertos organismos relacionados; dentro del género, cada tipo de organismo recibe un nombre de especie. Los nombres de género y especie se usan siempre juntos para describir un tipo específico de organismo, ya sea una célula aislada o un grupo de células. La primera palabra corresponde al nombre científico del género y se escribe la primera letra con mayúscula y en cursiva, mientras que la segunda palabra corresponde a la especie, la cual se escribe en minúsculas y en cursiva. Por ejemplo, la bacteria Escherichia coli, o abreviadamente E. coli, tiene una designación de género, Escherichia, y un nombre de especie, coli.
26 Tabla 2. Ejemplo de clasificación completa de un Microorganismo: la bacteria
Neisseria meningitidis Dominio Eubacteria Reino Mónera Phylum Proteobacte ria Clase ß proteobacteri a Orden Neisserriale s Familia Neisseriacea e Género Neisseri a Especie Neisseria meningitidi s
27 Transferencia
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Las bacterias pueden presentarse como células aisladas o formando grupos. Esta característica es también importante para poder identificarlas. En algunos casos la aparición de las bacterias formando agrupaciones no es una característica de estas in vivo sino un efecto de ciertas técnicas de tinción (como en el caso del género Staphylococcus) Las principales formas de agrupamiento de las bacterias son en las que se observan:
1. Estreptococos y Estreptobacilos 2. Viriones
3. Sarcinas 4. Conidios
1.1.6. Actividades de Autoevaluación del capítulo 1
CRUCIGRAMA: TÉRMINOS IMPORTANTES EN MICROBIOLOGÍA
HORIZONTALES:
1. Se dice de la infección contraída en un hospital
4. Capacidad de un agente infeccioso de producir enfermedad en un huésped susceptible 5. Indica el grado de patogenicidad de un microorganismo
6. Se dice de la enfermedad que está restringida a una zona determinada donde son habituales. 9. Proliferación de microorganismos patógenos en alguna parte del cuerpo de un organismo. 10. Ausencia de toda clase de microorganismos patógenos.
11. Organismo, normalmente insectos, que transmiten un agente patógeno de un individuo enfermo a uno sano.
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VERTICALES:
2. Presencia de bacterias en la sangre con infección generalizada 3. Epidemia que afecta a mucha población a nivel mundial.
7. Término propuesto para referirse a las enfermedades causadas por organismos que son de vida libre pero que ocasionalmente se comportan como parásitos facultativos.
8. Enfermedad infecciosa que afecta a un número elevado de personas de una zona en un periodo corto de tiempo.
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1.2. CAPITULO 2. DIVERSIDAD MICROBIANA
Introducción
El presente capítulo aborda el estudio de los microorganismos para diferenciarlos por tipos y categorías específicas, lo cual permite la sistematización del conocimiento entre la red de investigadores a nivel mundial.
Comprender la diversidad microbiana, requiere conocer las raíces evolutivas de las células. Debido a que la evolución ha forjado todas las formas de vida en la Tierra, la diversidad estructural y funcional que apreciamos en las células representa un conjunto de éxitos evolutivos que, a través del proceso de la selección natural, confieren un valor de supervivencia (adaptabilidad) a los microorganismos de hoy.
La diversidad microbiana puede ser apreciada en términos de variaciones en el tamaño celular y la morfología, estrategias metabólicas, movilidad, división celular, biología del desarrollo, adaptación a ambientes extremos y muchos otros aspectos estructurales y funcionales de la célula.
Para poder comprender la gran diversidad de microorganismos existentes es preciso agruparlos y organizar los grupos generales en una estructura jerárquica sin superposiciones. De eso se encarga la Taxonomía, que es la ciencia de la clasificación biológica.
Objetivos
Mostrar la diversidad microbiana desde el punto de vista sistemático.
Identificar y describir con propiedad los grupos acelulares conocidos como virus, viroides y priones.
Identificar las enfermedades y las aplicaciones útiles o industriales de estos microorganismos
30 1.2.1. Lección 6. Organismos acelulares
Características de los virus
Los virus se encuentran en todos los lugares: en el aire, agua, suelo, en todos los materiales, no como estructuras aisladas, sino parasitando las células de bacterias, hongos, plantas, animales, hombre a las que pueden infectar.
Son organismos submicroscópicos (observables solo a través del microscopio electrónico), de forma variable, pueden ser alargados, en forma de óvalos puntiagudos o de ladrillos con las esquinas redondas, otros son poliédricos, icosaédricos (polígono de 20 lados), otros tienen apariencia de cuerdas con bucles, otros como los bacteriófagos que atacan a las bacterias, tienen forma más compleja su estructura presenta cabeza y cola.
31 Organización y composición de los Virus
Los virus contienen solamente un tipo de ácido nucleico que puede ser: ADN (ácido desoxirribonucleico) o ARN (ácido ribonucleico), de banda sencilla o de doble banda. El ácido nucleico está rodeado de una cubierta de proteína denominada cápsida viral la cual tiene como función proteger el ácido nucleico vírico y propiciar la unión del virus con los receptores de la célula a infectar. La cápsida a su vez está constituida por fragmentos de proteínas llamadas cápsomeros. La cápsida constituye la mayor parte de la masa del virus.
Algunos tipos de virus como el de la inmunodeficiencia humana (VIH), poseen una envoltura que envuelve la cápsida y está constituida por lípidos y proteínas. La envoltura tiene su origen en la membrana de la célula infectada y es tomada en el momento en que el virus abandona la célula. La presencia de lípidos en la envoltura hace que los virus sean sensibles a disolventes de grasa como el éter. A esta estructura completa se la denomina partícula vírica o virión
Los virus no tienen organización celular, carecen de de ribosomas, de sistemas productores de energía (ATP) y de sistemas enzimáticos para la síntesis de ácido nucleico y proteínas, elementos necesarios para realizar sus procesos metabólicos de manera independiente, como son su crecimiento y replicación, para lo cual el genoma viral utiliza el metabolismo de la célula hospedadora, constituyéndose los virus en parásitos intracelulares obligados. Motivo por el cual se les sitúa en el límite entre lo vivo y lo no vivo.
Los virus tienen especificidad por el tipo de célula a infectar. Por ejemplo un virus puede infectar una célula vegetal pero no una animal y solamente un tipo de célula dentro del organismo animal o vegetal. Algunos virus pueden existir en portadores sanos, pero al ser transmitidos a otro ser, este puede sufrir la infección. Es el caso del virus del SIDA..
Formas de acción viral.
Los virus pueden actuar de dos formas distintas:
º Como agentes infecciosos productores de enfermedades en el hombre, las plantas y los animales. Se reproducen en el interior de las células que infectan de donde obtienen todo el material y los mecanismos requeridos para su replicación. Al no poseer metabolismo propio son insensibles a los antibióticos y a otros fármacos que actúan sobre las vías metabólicas, siendo en su mayoría susceptibles al interferón.
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infectan, al unirse a su material genético y causar variabilidad genética. Los virus que infectan a las bacterias se denominan bacteriófagos.
Figura 5. Representaciones esquemáticas de un virus y un bacteriófago
Mecanismo de replicación de los virus.
El mecanismo de replicación de los virus depende la constitución del virus (tipo de ácido nucleico, presencia o ausencia de envoltura) y del tipo de célula huésped. El proceso se inicia con la adhesión del virus a la célula. El virus penetra dentro de la célula e inyecta en ella su ácido nucleico (material genético).
Si el ácido nucleico del virus es ADN, este se inserta en el ADN de la célula hospedera. El ADN de la célula hospedera fabrica las proteínas víricas y el ácido nucleico viral se replica en la célula que parásita utilizando las enzimas, el material y los mecanismos de la célula que lo hospeda.
Si el ácido nucleico del virus es ARN, el virus debe primero cambiar su ARN en ADN, empleando la maquinaria de la célula hospedera para poder insertarse. Luego la célula hospedera fabrica las proteínas víricas y el ácido nucleico viral se replica en la célula que parásita utilizando las enzimas, el material y los mecanismos de la célula que hospeda. Cuando hay suficiente cantidad de ácido nucleico viral este se ensambla con la proteína vírica y abandona la célula. Los virus emplean las enzimas de la célula hospedera para fabricar nuevas cápsidas y otras proteínas virales. Los nuevos genes virales y las proteínas se ensamblan en nuevas partículas virales. Los nuevos virus son liberados de la célula hospedera.
33 Ciclo Vital de los virus o mecanismo de replicación lítico3
El ciclo vital de los virus consta de las siguientes cuatro fases: entrada en la célula, eclipse, multiplicación y liberación del virus. Veremos primero el ciclo vital de un virus, explicado de la forma más general posible, para pasar a continuación a estudiar las diversas modalidades que pueden presentarse en cada una de las fases del ciclo.
1. Entrada
La entrada en la célula consta a su vez de dos etapas: la adsorción o fijación del virus en la superficie celular, y la penetración a través de la membrana.
En la fase de fijación el virus se une a la membrana de la célula hospedadora de forma estable. Hay una alta especificidad en la fijación de un virus a la membrana de su célula hospedadora, porque se ha de producir la unión entre determinadas proteínas de la cápsida vírica y determinadas glicoproteínas de la membrana plasmática de la célula que lo hospeda. A lo largo de un proceso evolutivo, cada virus ha ido adquiriendo sitios de unión específicos para anclarse en la membrana de un determinado tipo celular. La penetración o inyección a través de la membrana sigue diversas modalidades. Como resultado, bien el virus completo o bien solamente su ácido nucleico, logra invadir el citoplasma celular. Por regla general, se necesita el concurso de muchos virus para que alguno de ellos logre penetrar en la célula.
2. Eclipse
La fase de eclipse corresponde a un tiempo, después de la penetración, en que el virus parece desaparecer, pues no se advierte ningún indicio de su presencia ni de su actividad. Lo que ocurre en esta fase es que se da un desensamblaje de las piezas del virus (si es que ha penetrado completo), y su ácido nucleico queda asimilado en las estructuras celulares aptas para los procesos de replicación y trascripción. Esta fase, variable de unos tipos de virus a otros. Durante esta fase se produce la síntesis del ARN, necesario para generar las copias de proteínas de la cápsida. También se produce la continua formación de ácidos nucleicos virales y enzimas destructoras del ADN bacteriano. Termina con la síntesis de los ARNm necesarios para que se sinteticen las proteínas que actuarán en la multiplicación del virus.
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34 3. Multiplicacióny ensamblaje
La multiplicación del virus consiste tanto en la replicación de su ácido nucleico, como en la síntesis de las proteínas de la cápsida. Los ácidos nucleicos y las proteínas recién sintetizadas se ensamblan rápidamente, produciéndose nuevas partículas víricas. En esta fase se produce la unión de los capsómeros para formar la cápsida y el empaquetamiento del ácido nucleico viral dentro de ella.
4. Liberacióny Lisis
La liberación del virus consiste en la salida de las nuevas partículas víricas o viriones, que podrán infectar nuevas células iniciando un nuevo ciclo. Los viriones salen de la célula, mediante la lisis o ruptura enzimática de la pared bacteriana que conlleva a la muerte celular. Los nuevos virus se encuentran en situación de infectar una nueva célula.
Modalidades de penetración en la célula
Los virus complejos producen una ruptura en la membrana bacteriana en uno de los puntos de anclaje, gracias a la presencia de algunas moléculas de enzimas hidrolíticas entre las proteínas de la cápsida. A través de la ruptura, el tubo central inyecta del ADN vírico, quedando la cápsida vacía en el exterior de la bacteria. La presencia de cápsidas en la superficie bacteriana es un buen indicio de que la bacteria ha sufrido una infección vírica.
Otros virus sin envoltura lipídica, se introducen en la célula con cápsida y todo, lo cual puede realizarse de dos maneras:
º Por penetración directa: después de la fijación, el virus abre una brecha en la membrana y se introduce en el citoplasma.
º Por endocitosis: la membrana forma una invaginación en torno al virus, llegando a formar una vesícula que penetra en la célula. Formada la vesícula, el virus abre una brecha en la membrana de la misma con ayuda de algunas enzimas hidrolíticas que él mismo transporta, penetrando así en el citoplasma.
Los virus con envoltura lipídica burlan la barrera de la membrana celular porque su cubierta lipídica se funde con la membrana, ya que tienen la misma naturaleza. Esta fusión de membranas puede realizarse en dos lugares distintos:
ºFusión en la superficie celular: de manera que el virión penetra directamente en el citoplasma.
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º Fusión con un lisosoma: se forma una vesícula por endocitosis, a la que se une un lisosoma para digerir la partícula introducida; entonces, la cubierta lipídica del virus se funde con la membrana del lisosoma y el virión escapa hacia el citoplasma.
Modalidades de fase de eclipse
Según la duración de la fase de eclipse, se suelen distinguir dos modalidades de ciclo infeccioso de un virus:
º Ciclo Lítico: el ácido nucleico vírico procede inmediatamente a la transcripción de su mensaje genético en los ARNm necesarios para su multiplicación, y prosigue rápidamente el ciclo vital. Este tipo de ciclo es el más extendido en la naturaleza.
º Ciclo lisogénico: fue descubierto por Lwoff en bacteriófagos. El ADN vírico se cierra por sus extremos generando un ADN circular. Este ADN se inserta en el ADN bacteriano en un lugar específico en el que la secuencia de nucleótidos bacterianos es semejante a alguna región del ADN vírico.
La bacteria prosigue sus funciones vitales sin que el virus realice ninguna acción, y cuando el ADN bacteriano se duplica también lo hace el ADN vírico, de manera que el genoma del virus pasa a las dos bacterias hijas. La multiplicación bacteriana puede seguir durante generaciones sin que el virus se manifieste. Pero ante una alteración de las condiciones ambientales, el ADN vírico se separa del bacteriano y prosigue entonces las restantes fases de ciclo infeccioso, produciendo la muerte de la bacteria y nuevos ejemplares del virus.
Algunos virus que infectan células animales siguen también el ciclo lisogénico, como los virus de las verrugas y algunos retrovirus que producen algunos tipos de cáncer. En el caso de los retrovirus, conviene recordar que el ácido nucleico es ARN monocatenario, por lo que la transcriptasa inversa ha de copiar el genoma vírico en forma de ADN antes de que pueda insertarse en el ADN celular.
Estos dos ciclos configuran las etapas reproductoras de un virus bacteriófago. En referencia al ciclo lítico, éste se inicia con el anclaje del cuerpo vírico a la superficie de la bacteria y la posterior inyección de parte de su material genético en el interior de la bacteria. El paso posterior es el aprovechamiento del medio interno de la bacteria para sintetizar más virus a partir de componentes citoplasmáticos, tales como proteínas. Cuando se han fabricado los suficientes cuerpos víricos, la bacteria se lisa (rompe) y se liberan.
En cuanto al ciclo lisogénico, el proceso se inicia con la inyección del material genético del virus en la bacteria, del mismo modo del proceso anteriormente expuesto; los
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filamentos de ADN inyectados a presión del cuerpo vírico se combinan con el material genético de la bacteria, denominándose éste proceso Recombinación Génica. Dicha combinación da como resultado una secuencia de nucleótidos bacteriana y vírica, con la cual se sintetizan nuevos virus. Éste ciclo puede dar a su vez un nuevo ciclo lítico.
Infección persistente
Los nuevos virus no esperan a la muerte de la célula hospedadora para abandonarla, sino que van saliendo de la célula al mismo tiempo que se van produciendo, de manera que la célula puede seguir viva y produciendo nuevas partículas víricas. La liberación puede hacerse de dos maneras:
º Los virus sin envoltura lipoproteína salen directamente, sin arrastrar ningún resto de la membrana plasmática, bien sea abriendo una brecha en la membrana, o bien aprovechando los mecanismos de excitases o salida de sustancias al exterior de la célula. º Los virus con envoltura lipoproteína salen por gemación, es decir, se rodean de una porción de membrana plasmática que acaba separándose de la célula y constituye la cubierta lipoproteína del nuevo virus.
Enfermedades virales
Los virus son causantes de enfermedades infecciosas en el hombre como son : la viruela, la gripe, la hepatitis, las paperas, la rabia, la poliomielitis, el SIDA, el sarampión, la encefalitis, la rubéola, el herpes, la fiebre amarilla ésta última transmitida por un vector; en los animales originan el moquillo, la rabia, la influenza, la encefalitis, el cólera; y en las plantas enfermedades como el virus del mosaico del tabaco y el virus del mosaico amarillo del nabo entre otras.
Los mecanismos de transmisión son diversos algunos por vía respiratoria cuando la persona enferma estornuda o tose; otros a través de picaduras de insectos es el caso de la fiebre amarilla; o por mordedura de animales enfermos como en el caso de la rabia; los que causan trastornos digestivos por vía oral-fecal y por inoculación con jeringas u objetos infectados, por transfusión de sangre contaminada, por relaciones sexuales sin protección y por último a través de la madre al hijo durante el embarazo o en el momento del parto. En el caso de las plantas la transmisión se hace por insectos o nematodos.
Para saber más:
Clic para observar Vìdeo sobre los virus Clic para ver Animación sobre el ciclo lítico
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Los medios para prevenir la infección viral son las vacunas que causan inmunidad, evitar el contacto con personas infectadas, esterilización de objetos, uso de jeringas desechables.
Importancia biológica de los virus
Los virus sirven para adelantar investigaciones biológicas relacionadas con su mecanismo de replicación y así poder encontrar mecanismos para controlar su multiplicación. Algunos virus atacan bacterias e insectos perjudiciales ayudando a mantener el equilibrio ecológico.
Los virus permiten la elaboración de vacunas, fueron de los primeros modelos para estudio del funcionamiento del genoma, los biólogos utilizan los virus para estudiar el mecanismo de control de la información genética y extrapolarlo a organismos más complejos.
Los virus sirven como mediadores en el intercambio genético entre individuos de una misma o diferentes especies proporcionando variabilidad de los organismos y por ende disminuyen la susceptibilidad a ser infectados. Por ejemplo, las bacterias que han sido infectadas por virus -bacteriófagos- pueden realizar funciones que en otras condiciones no podría realizar.
Algunos virus se utilizan en medicina para introducir información a células animales que presenten defectos genéticos o adquiridos y así lograr que funcionen normalmente. Se usan en la identificación de bacterias peligrosas en alimentos o superficies, lo que facilita su rápida detección y la instauración de medidas preventivas.
Otras formas acelulares
Viroides: Son moléculas de ARN circular que carecen de cubierta viral o cápsida, son de tamaño menor que los virus. Su ARN está formado por muy pocas bases: 246-399 con un alto contenido en estructura secundaria que guarda la información para su propia síntesis en un hospedador adecuado al que causa, frecuentemente, una alteración patológica. Se encuentran en células vegetales donde causan enfermedades. Debido a que los viroides no codifican para ninguna proteína deben necesariamente reclutar proteínas y vías metabólicas de la célula hospedera para completar su ciclo infeccioso. Se les considera como la etapa primitiva de los virus.
Algunos producen enfermedades en plantas como las papas, el pepino, el tomate, la naranja, la vid, el coco entre otros, causando importantes pérdidas económicas.
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Se describieron por primera vez hace 30 años y, aunque no está completamente descartado, se piensa que no afectan a los animales. “El primero que se identificó fue el de la papa, y ahora la lista es de 28 especies de viroides”, dice Ricardo Flores del Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas de la Universidad de Valencia. Algunos de ellos, como el tiroidea que afecta a los naranjos, hacen que la planta sea mucho más pequeña que un naranjo normal, pero las naranjas siguen siendo del mismo tamaño, por lo que podrían permitir plantar el doble de naranjos por hectárea.
Priones: Son proteínas que se multiplican en la célula hospedadora donde generan graves alteraciones. Todas las enfermedades ocasionadas por priones son neurológicas, por ejemplo el síndrome de las vacas locas. Los priones son agentes patógenos formados por una proteína (proteína del prión o PPr). Los priones, o las enfermedades producidas por priones, por un lado se transmiten verticalmente, como cualquier enfermedad hereditaria típica, mientras que por otro lado se comportan de manera infectiva, transmitiéndose horizontalmente, mediante contagios que pueden darse entre individuos de distintas especies.
La proteína del prión (PrP) normal, tiene una secuencia de aminoácidos, (estructura primaria) idéntica a la proteína del prión patógena. La diferencia entre las dos recae en las estructuras secundaria y terciaria. La proteína normal es muy rica en hélices alfa, la proteína patógena lo es en láminas beta.
Figura 6. Esquemas representativos de los Priones
39 Poder infectivo de los priones
El cambio de configuración de la proteína del prión es crucial, ya que las proteínas con láminas beta son muy resistentes a las enzimas proteolíticas, al calor y no se disuelven en agua. Pero sobre todo, la proteína alterada tiene una característica única: interacciona con una molécula de proteína normal, le cambia la conformación y la hace capaz de convertir las estructuras de más proteínas normales. Ahí radica al parecer, el poder infectivo de los priones.
Figura 7. Esquema del poder infectivo de los priones
Fuente: http://www.botanica.cnba.uba.ar/Pakete/Dibulgeneral/LosPriones/LosPriones.htm Puede ocurrir que la proteína patógena infecte individuos que producen proteína normal (a), como ha ocurrido por ejemplo al consumir las vacas piensos elaborados a partir de ovejas enfermas. En este caso la proteína patógena origina un cambio conformacional de la proteína normal (b), transformando las hélices alfa de su estructura proteica en láminas beta. Las nuevas proteínas patógenas inducen el cambio en otras normales, lo cual produce un efecto de "cascada".
Transferencia
Los priones son: A. Un tipo de virus
B. Una secuencia de ADN extracelular que ataca a una célula C. Una secuencia de ARN anómalo