Microbiología

Microbiología es el estudio de los organismos de tamaño microscópico que incluyen bacterias, protozoos, virus y ciertas algas y hongos.

IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA MICROBIOLOGÍA

La Microbiología como ciencia tiene aplicaciones importantes que producen impacto en nuestra vida cotidiana en las áreas:

Médica:

-       Identificación de los diferentes microorganismos de importancia médica.

-       Prevención y tratamiento de enfermedades infecciosas causadas por microorganismos en plantas y animales, incluyendo al hombre.

-       Industrial:

-       En procesos de fermentación en la producción de antibióticos, ácidos orgánicos, aminoácidos, enzimas, disolventes, combustibles (Metano, etanol y otros).

-       Recuperación de recursos minerales, reforzada por acción microbiana.

-       Control de calidad de productos industriales: Biodeterioro de papel, madera, textiles, pintura y corrosión de metales.

-       De los Alimentos:

-       Deterioro microbiano de los alimentos.

-       Métodos de conservación de los alimentos.

-       Producción de alimentos por métodos microbiológicos: Productos lácteos, fermentación del pan, bebidas alcohólicas, proteína de origen unicelular.

Agrícola:

-       Fertilidad del suelo.

-       Enfermedades microbianas de las plantas.

-       Plaguicidas microbianos.

-       Microbiología Ambiental:

-       Ciclos biogeoquímicos (Fijación del Nitrógeno en el suelo).

-       Interacciones entre las poblaciones: Simbiosis fijadora de nitrógeno, Micorrizas,

-       Bioluminiscencia.

-       Los microorganismos en sus hábitats naturales: Aire, Agua, Suelo y Ambientes Extremos

-       (Aguas Termales, Lagos salados, y otros).

-       Reducción de la Calidad y la Contaminación Ambiental.

-       Procesos de Biorremediación.

IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS EN INGENIERIA AMBIENTAL

El estudio de los microorganismos en Ingeniería Ambiental tiene gran importancia debido a que:

-       Son una de las principales fuentes de contaminación de aire, agua y suelo, pudiendo ser algunos de ellos patógenos para el humano y otros organismos, así como causar daño a materiales.

-       La contaminación es un problema importante en la actualidad, ocasionado principalmente por el hombre, pero algunos microorganismos que han sido estudiados durante mucho tiempo pueden contribuir a resolverlo.

-       Algunos juegan un papel importante como indicadores de contaminación.

-       Los diferentes grupos de microorganismos participan en gran medida en el tratamiento biológico de residuos líquidos y sólidos. Estos tratamientos pueden ser de tipo aerobio, anaerobio o mixto.

El uso de los microorganismos en Biotecnología

La Biotecnología se define como el empleo de organismos para llevar a cabo procesos químicos definidos para la aplicación industrial.

Una gran variedad de microorganismos que incluyen bacterias, mohos, levaduras, algas y virus, son utilizados en Biotecnología debido a sus características, ya que con ellos se obtienen productos con propiedades de interés para el humano, con fines específicos.

La Ingeniería Genética, que usa la Biotecnología de Recombinación del DNA, abre la posibilidad de resolver muchos problemas de contaminación del ambiente. Debido a la enorme diversidad metabólica de las bacterias existe un gran conjunto de genes en bacterias procedentes de hábitats naturales. En algunos casos, estos genes codifican proteínas que degradan agentes contaminantes del ambiente. Se ha visto que en aislamientos naturales de bacterias existen genes para la biodegradación de muchos desechos tóxicos y contaminantes del agua. Entre los ejemplos figuran genes para la biodegradación de pesticidas clorados, como el ácido 2,4,5, triclorofenoxiacético, (2,3,5-T), clorobencenos y clorofenólicos afines, naftaleno, tolueno, anilinas y varios hidrocarburos.

Características ideales de un hospedador para genes clonados

·         Un rápido crecimiento.

·         Capacidad de crecer en un medio de cultivo barato.

·         No ser dañino o patógeno.

·         Ser capaz de tomar el DNA y permanecer estable en el cultivo.

·         Debe tener las enzimas adecuadas para permitir la replicación del vector.

·         Los hospedadores más útiles para la clonación son microorganismos que crecen bien y de los cuales se tiene información genética disponible.

Si el propio DNA clonado va a ser usado terapéuticamente, para tratar una enfermedad humana, el hospedador debe ser una persona humana.

Hospedadores procarioticos: Escherichia coli y Bacillus subtilis.

Hospedadores eucarióticos: Saccharomyces cerevisiae y para muchos fines, células de mamíferos.

El uso de los microorganismos en procesos de Biorremediación

La Biorremediación es el uso de microorganismos para degradar agentes tóxicos y desechos peligrosos, que surge como un tratamiento para la restauración de suelos, acuíferos y subsuelos contaminados.

Los procesos biológicos tienen gran importancia, debido a la oportunidad natural y poderosa que representan para restaurar los ambientes contaminados.

Algunos procesos de Biorremediación:

-       Biomineralización: Es la completa destrucción de los contaminantes orgánicos para reducirlos a sus constituyentes minerales básicos.

-       Biotransformación: Los contaminantes orgánicos son parcialmente degradados formando otras sustancias químicas menos complejas.

-       Biovolatilización: Las bacterias y hongos pueden volatilizar metales por adición del grupo metilo, que hace al metal muy volátil.

-       Cometabolismo: Se refiere a la habilidad de las bacterias de romper un contaminante en la adición de un sustrato primario, es decir que los compuestos químicos al ser metabolizados, pueden apoyar el crecimiento y servir como fuente de carbono u otro elemento energético.

Fuentes de contaminación de suelos

·         Zona urbana: Tiraderos de basura, fugas de alcantarillado, derrames accidentales.

·         Rural: Uso de plaguicidas, descargas de letrinas, criaderos de animales, uso excesivo de fertilizantes, canales de aguas residuales.

·         Industrial: Derrames de combustibles, descargas de aguas residuales, ruptura de tanques y tuberías, disposición de desechos sólidos.

·         Diversos tipos de tecnologías de Biorremediación de suelos:

·         Bioaumentación: Adición de microorganismos al sitio contaminando cuando la población autóctona carece de capacidad degradadora.

·         Bioestimulación: Adición de estimulantes en la actividad microbiana autóctona como cosustratos o aceptores de electrones para la degradación anóxica.

·         Bioventeo: Introducción de oxígeno a través del suelo para estimular la población microbiana netamente aerobia.

·         Composteo: El material contaminado se coloca sobre la superficie del terreno en forma de pilas que se cubren para crear condiciones termófilas, periódicamente se mezcla para favorecer la aceleración.

·         Biocultivo: Tratamiento en fase sólida que generalmente se realiza en sitios confinados para retener los lixiviados que se forman.

·         Biosorción: Uso de microorganismos con afinidad para absorber metales bajo ciertas condiciones, generalmente se aplica en fase líquida.

Microorganismos Involucrados en la Biodegradación de Hidrocarburos

Los géneros más comunes de hongos y bacterias que tienen la capacidad degradadora se listan en la siguiente tabla. Estos microorganismos degradan compuestos específicos o grupos de compuestos.

BACTERIAS

Achromobacter                                    Micrococcus

Acinetobacter                                      Mycobacterium

Alcaligenes                                          Nocardia

Arthrobacter                                         Proteus

Bacillus                                               Pseudomonas

Brevibacterium                                     Sarcina

Chromobacterium                                 Serratia

Corynebacterium                                  Spirillum

Cytophaga                                           Streptomyces

Erwinia                                                 Vibrio

Flavobacterium                                    Xanthomonas

HONGOS

Acremonium                                        Glicladium

Aspergillus                                          Graphium

Aureobasidium                                     Humicola

Beauveria                                             Monilia

Botrytis                                                Mortierela    

Candida                                               Paecelomyces

Chryisosporium                                    Penicillium

Cladosporium                                      Rhodotorula

Cochlobolus                                        Saccharomyces

Cylindrocarpon                                                Spicardia

Debaryomyces                                                Tolypocladium

Fusarium                                              Thrichoderma

Geotrichum                                          Verticillium

Microorganismos Involucrados en la Biodegradación de Pesticidas

Algunos géneros de heterótrofos usan pesticidas como sustratos ya sea cometabolizando las moléculas o usando éstas como nutrientes.

BACTERIAS                                         ACTINOMICETOS                                 HONGOS

Agrobacterium                                     Streptomyces                                      Alternaria

Arthrobacter                                         Nocardia                                              Aspergillus

Arthrobacter                                         Nocardia                                              Aspergillus

Clostridium                                                                                                     Fusarium

Corynebacterium                                                                                             Glomerella

Flavobacterium                                                                                               Mucor

Klebsiella                                                                                                       Penicillium

Pseudomonas                                                                                                Rhizoctonia

Xanthomonas                                                                                                 Trichoderma

Microorganismos involucrados en la Biodegradación de Metales Pesados:

MERCURIO                                          SELENIO                                             ARSENICO

Bacillus                                    Algunas especies de Candida

Clostridium                              Clostridium                                                      Mucor

Mycobacterium                                     Corinebacterium                                               Scopulariopsis

Pseudomonas                          Micrococcus                                                    Fusarium

Aspergillus

Neurospora

Scopulariopsis

y algunas levaduras                  Rhizobium                                                       Paecilomyces        

MICROBIOLOGÍA DEL SUELO

Los microorganismos del suelo juegan un papel muy importante manteniendo la fertilidad de los suelos. Elementos esenciales para el crecimiento, tales como oxígeno, nitrógeno, carbón, azufre y fósforo, son reciclados por microorganismos del suelo._

El suelo contiene una gran variedad de microorganismos:

Bacterias.

En general, el grupo más numeroso de bacterias en el suelo son los Actinomicetos que resisten condiciones secas y pueden sobrevivir en suelos desérticos. Los géneros más comunes son: Nocardia, Arthrobacter y Streptomyces. Las bacterias del género Streptomyces además de producir antibióticos, producen metabolitos llamados geosminas las cuales dan al suelo su olor característico.

Hongos.

Los géneros de hongos varían con el tipo de suelo y sus propiedades fisicoquímicas. Algunos son de vida libre y otros como las Micorrizas, en forma simbiótica con las raíces de plantas.

Son comunes, especies de los géneros Candida, Aspergillus, Penicillium, Rhizopus y Mucor.

Algunos hongos son importantes patógenos de plantas atacando trigo y maíz entre otros.

Los hongos del suelo son extremadamente importantes en la descomposición de materia de plantas, degradando y utilizando macromoléculas complejas tales como celulosa y lignina.

Algas.

Debido a que las algas dependen de la luz solar y de la fotosíntesis para proveer sus necesidades energéticas, viven cerca de la superficie del suelo.

La población algal disminuye en períodos de oscuridad o de baja temperatura.

Las algas son una fuente de nutrientes para un número considerable de habitantes del suelo, incluyendo protozoarios, hongos, lombrices de tierra y nemátodos.

En suelos áridos, son comunes los líquenes, que son una simbiosis de alga-hongo.

Protozoarios.

Son encontrados en la mayoría de los suelos en una densidad de 104 a 105 organismos por gramo de suelo. Generalmente se encuentran cerca de la superficie debido a que requieren oxígeno. Los Protozoarios son predadores de algas y bacterias del suelo._􀀀_