1. Microbiología. Concepto de microorganismo.
Los microorganismos son seres vivos o con algunas características de seres vivos para cuya observación es necesario un microscopio (óptico o electrónico).
¿En qué dominios se incluyen los microorganismos?
Rangos de tamaño (se solapan):
a) Acelulares (Virus): de 18 nm (algún parvovirus, virus de ADN 1C, monocatenario) a 1.200 nm (1,2 micrómetros) (algunos virus parásitos de amebas) o incluso 1.500 nm. El coronavirus tiene 120 nm (0,12 micrómetros). Excepto los virus gigantes, solo se ven con un m.e.
b) Procariotas (Arqueas y bacterias): 400 nm (una arquea endoparásita de otra) o 450 nm (micoplasmas: bacterias parásitas sin PC) a 750.000 nm o 20.000 micrómetros o 20 mm (Thiomargarita magnifica, una bacteria marina del azufre dada a conocer en 2022). E. coli tiene una longitud de entre 1.000 y 2.000 nm (entre 1 y 2 micrómetros).
c) Eucariotas (Algas, protozoos y hongos). El organismo eucariótico más pequeño es un alga verde, que tiene 800 nm (0,8 micrómetros).
Más información sobre el tamaño de los microorganismos: Microorganismos enanos y gigantes
2. Criterios de clasificación de los microorganismos.
a) Organización celular: Acelulares (virus, viroides y priones) o Celulares (arqueas, bacterias y eucariotas).
b) Presencia de núcleo: Procariotas (arqueas y bacterias) o Eucariotas (protoctistas y hongos).
c) Tipo de nutrición: Autótrofos (algas y algunas bacterias y arqueas) o Heterótrofos (protozoos, hongos y algunas bacterias y arqueas).
d) Bioquímica: Sin histonas y con fMet como aa iniciador de la traducción (bacterias) o con histonas y Met como aa iniciador de la traducción (arqueas* y eucariotas).
*En la arquea, el ADN se enrolla sobre una estructura proteica compuesta por tres dímeros idénticos de histonas
e) Modo de vida: Patógenos o parásitos (virus, viroides, priones, y algunas bacterias, protozoos y hongos) o no, es decir, de vida libre (las arqueas, algas y muchas bacterias, protozoos y hongos). De los primeros se ocupa la Microbiología médica, veterinaria o la agrícola o forestal, dependiendo si producen enfermedades en el ser humano, animales, plantas cultivadas o árboles, formando parte en estos dos últimos casos de la Fitopatología (estudio de las enfermedades de las plantas).
3. Microorganismos eucarióticos. Principales características de algas, protozoos y hongos.
Limón colonizado por el moho Penicillium (Reino Fungi)
Rhizopus, moho del pan.
4. Bacterias.
Son organismos procariotas incluidos en el Reino Moneras. Actualmente, las arqueobacterias se han incluido en un dominio aparte, Archaea, mientras que las eubacterias o bacterias verdaderas, se incluyen en el Dominio Bacteria. Biodiversidad bacteriana y arqueana.
4.1. Características estructurales.
Son organismos unicelulares procariotas con pared celular de peptidoglucano (excepto los micoplasmas). En algunos casos, forman filamentos, como muchas cianobacterias o los estreptococos. En otros casos, los cocos se agrupan por parejas o en racimos:
4.2. Características funcionales.
4.2.1. Reproducción
4.2.2. Tipos de nutrición.
Hay de todos los tipos:
a) Fotótrofos oxigénicos (cianobacterias, muy importantes pues contribuyeron a oxigenar nuestra atmósfera, pero su proliferación en los lagos puede provocar eutrofización, que es una disminución de la calidad del agua) y anoxigénicos (bacterias verdes y purpura del azufre).
La mayoria son fotolitotrofos o fotoautotrofos (usan CO2 como fuente de C) pero algunas son fotoorganotrofas o fotoheterotrofas (usan moléculas orgánicas como fuente de C) como alguna bacteria verde no sulfurosa.
b) Quimiolitotrofos o quimiosintéticos, como las bacterias nitrificantes (muy para la fertilidad de los suelos y, por tanto, para la agricultura)
c) Heterotrofas u organotrofas Fermentadoras. Como las bacterias lácticas (muy importantes en la fabricación de productos lácteos, como el yogur, además de que muchas de ellas tienen una función probiótica en nuestro organismo).
d) Heterotrofas con respiración aerobia (usan oxígeno como aceptor final de electrones, como E.coli) o con respiracion anaerobia (no usan oxígeno como aceptor final).
Las bacterias pueden ser parásitas y en este caso, pueden ser patógenas, simbióticas o comensales. Estos dos últimos tipos forman parte de la importantísima microbiota humana (p.ej. la microbiota intestinal, llamada anteriormente flora bacteriana intestinal). También las hay saprófagas con un importante papel como descomponedoras en los ecosistemas, reciclando la materia para los productores.
Respecto a su relación con el oxígeno pueden ser:
a) Aerobias: necesitan oxígeno, al realizar la respiración aerobia.
b) Anaerobias facultativas. En presencia de oxígeno realizan la respiración aerobia y en su ausencia, la fermentación.
c) Anaerobias estrictas. Realizan un metabolismo fermentativo y el oxígeno las mata (poder antiséptico del agua oxigenada).
5. Virus.
Son seres acelulares formados por un ácido nucleico (ADN o ARN, uno de los dos) cubierto por una cápsida proteica y que son parásitos celulares obligados, por lo que pueden provocar la destrucción de las células parasitadas o provocar enfermedades en las plantas (estudiadas por la fitopatología o por la virología agrícola o forestal) o en los animales, incluido el ser humano. Por ello, los virus, además de parásitos, son patógenos. A la organización básica se le puede añadir una envuelta lipoproteica en muchos virus animales o una organización compleja en bacteriófagos o fagos (virus que infectan a bacterias).
En muchos casos, el material genético vírico se puede integrar en el genoma parasitado y replicarse con él, sin efectos fenotípicos durante generaciones.
Adenovirus, virus animal de ADN bicatenario. Se ha usado como vector (portador de la información genética) del coronavirus SARS-CoV-2 (CoViD-19) en algunas vacunas, como la rusa Sputnik.
VIH (Virus de Inmunodeficiencia Humana), retrovirus (tiene una molécula de ARN que mediante una retrotranscriptasa o transcriptasa inversa que va dentro de la cápsida, da lugar a una molécula de ADN) causante del SIDA (Síndrome de Inmuno-Deficiencia Adquirida)
5.1. Composición y estructura.
Los virus tienen una estructura básica formada por dos componentes:
a) Ácido nucleico:
a1. ARN
a1.1. Bicatenario (ARN2C o RNA ds), como los rotavirus, que producen diarrea.
a1.2. Monocatenario (ARN1C o RNA ss). Es mucho más frecuente.
a1.2.1. ARN (+), que puede actuar como ARNm, como los coronavirus.
a1.2.2. ARN que lleva a cabo la retrotrancripción, como el VIH (son los retrovirus).
a1.2.3. ARN (-), complementario del ARNm, como los virus de la gripe.
a2. ADN
a2.2. Bicatenario (ADN2C o DNA ds), como los adenovirus, que producen algunas infecciones respiratorias.
a2.1. Monocatenario (ADN1C o DNAss). Es menos abundante. Los parvovirus, que producen gastroenteritis.
b) Cápsida proteica, que puede ser cilíndrica (ej. VMT) o icosaédrica (ej. adenovirus).
Dependiendo del tipo de virus, pueden tener:
c) Envuelta lipoproteica, en muchos virus animales, como los coronavirus, que se la llevan por gemación a partir de la última célula infectada. Dicha envuelta, procedente de la membrana plasmática de la célula infectada, es modificada con proteínas víricas, p.ej. con las espículas del coronavirus:
e) En algunos casos, como los retrovirus, llevan alguna enzima vírica dentro de la cápsida, necesaria para su multiplicación. Los retrovirus llevan la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa.
5.2. Ciclos de vida: lítico y lisogénico.
6. Partículas infectivas subvirales: viroides y priones.
7. Métodos de estudio de los microorganismos (ver PP en el apdo. 8.3). Esterilización y pasteurización.
Para obtener un cultivo puro de una cepa bacteriana o fúngica es necesario que se empleen una serie de técnicas (diluciones sucesivas, etc.) que nos permitan el aislamiento de células individuales de una mezcla inicial que tiene diferentes tipos de microorganismos. Si el aislamiento se realiza en un medio sólido apropiado, p.ej. en una placa de Petri con agar-agar, podemos hacer un cultivo: la célula se multiplica, y se origina un clon o población clonal: una colonia, visible a simple vista.
Para la eliminación de los microorganismos del medio de cultivo (paso previo a su cultivo), se lleva a cabo una esterilización por calor en un autoclave.
Temperaturas entre 50 y 70ºC: matan protozoos y hongos.
Temperaturas entre 70 y 100ºC: matan a las bacterias.
Temperaturas superiores a 100ºC: matan las endosporas bacterianas (formas de resistencia)
Para matar los microorganismos (en el laboratorio o en la industria alimentaria) se suele utilizar calor húmedo, que produce la desnaturalización y coagulación de las proteínas microbianas:
a) Esterilización clásica: 120ºC durante 30 minutos. Se utiliza para esterilizar conservas en lata y frascos de vidrio.
b) Esterilización UHT (Ultra High Temperature): 140ºC durante 3 segundos. Mantiene mejor el sabor y vitaminas de los alimentos, pero proporciona un tiempo menor de conservación que la anterior.
c) Pasteurización (que toma el nombre del microbiólogo francés Louis Pasteur, que desarrolló el método): mata a la mayoría de microorganismos de los alimentos, conservando su sabor y aroma. Se calienta a 72ºC durante 15 a 20 segundos. Después hay que mantenerla refrigerada y su fecha de caducidad es corta.
8. Relaciones entre los microorganismos y la especie humana.
8.1. Beneficiosas.
Los microorganismos pueden ser beneficiosos para el ser humano por diferentes motivos:
a) Se usan en biotecnología o microbiología industrial para obtener una gran variedad de productos (Ver PP de biotecnología microbiana más abajo).
b) Se emplean para obtener antibióticos (ciertos hongos y bacterias) o terapias novedosas antibacterianas, como la fagoterapia (uso de fagos para combatir bacterias resistentes a antibióticos).
c) Papel importantísimo en la agricultura: bacterias nitrificantes.
d) Papel ecológico como base de cadenas tróficas (cianobacterias y algas) y como regulador del clima (al absorber dióxido de carbono).
8.2. Perjudiciales: enfermedades producidas por microorganismos en la especie humana, animales y plantas.
PP de enfermedades infecciosas
En las plantas, el mosaico del tabaco es producido por un virus (el VMT), el exocortis de los cítricos por un viroide y , p.ej., el "ébola del olivar" se debe a la bacteria Xylella fastidiosa.
8.3. Los microorganismos en los ciclos biogeoquímicos.
PP de Técnicas de cultivo bacterianas y papel de los microbios en los ciclos biogeoquímicos
9. Biotecnología.
9.1. Concepto y aplicaciones.
9.2. Importancia de los microorganismos en investigación e industria: productos elaborados por biotecnología.
PP de Biotecnología microbiana
II. OBSERVACIONES
1. Es conveniente resaltar que la definición de microorganismo se hace en razón de su tamaño y que los grupos que se incluyen bajo este término presentan una gran heterogeneidad.
2. Al establecer distintos grupos de microorganismos, deben destacarse las diferencias que permitan su identificación. Para ello, se recomienda la utilización de imágenes que posibiliten la distinción, por ejemplo, entre una bacteria y un alga o un protozoo. Se sugiere que de los virus se elijan imágenes de adenovirus, VMT, virus del SIDA y bacteriófagos; del Reino Monera se elijan imágenes de cocos, bacilos, vibrios y espiroquetas; del Reino Protoctista, imágenes de algas unicelulares flageladas, diatomeas, paramecios, vorticelas y amebas; y del Reino Fungi, imágenes de levaduras (Saccharomyces cerevisiae) y mohos (Penicillium, Rhizopus). No se trata, por tanto, de discutir pormenorizadamente la estructura y fisiología de dichos grupos.
3. Con relación a los virus debe destacarse su carácter acelular. Al exponer la composición y estructura general de los virus, es aconsejable utilizar como ejemplos el bacteriófago T4 y el virus del SIDA. La replicación de los virus puede ejemplificarse mediante los ciclos del fago lambda y del virus del SIDA.
4. Respecto al ciclo lisogénico de los virus, se sugiere destacar que tras la etapa de integración del ADN vírico en el ADN de la célula huésped, en determinadas condiciones, el ADN vírico puede activarse dando lugar a la duplicación del ADN, transcripción y síntesis de las proteínas víricas, ensamblaje y liberación.
5. El alumnado debe conocer la existencia de otras formas acelulares diferentes a los virus, como son los viroides y los priones. Deben destacarse las diferencias en su composición y su relación con enfermedades de plantas y animales (encefalopatía espongiforme).
6. Se recomienda resaltar la importancia del aislamiento y el cultivo de los microorganismos, así como diferenciar los conceptos de esterilización y pasteurización.
7. El alumnado debe conocer las relaciones tanto beneficiosas como perjudiciales que establecen los microorganismos con el ser humano, así como con los animales, las plantas y el medio ambiente. Este conocimiento debe ilustrarse con ejemplos sin que ello implique necesariamente el conocimiento del nombre científico
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