Tema 1. (MICROORGANISMOS EUCARIOTAS) PDF

BLOQUE – MICROORGANISMOS Y FORMAS ACELULARES Tema 1: MICROORGANISMOS EUCARIOTAS 1.- ¿QUÉ ES UN MICROORGANISMO?. 2.- CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS. 3.- MICRORGANISMOS EUCARIOTAS: ALGAS PROTOZOOS Y HONGOS. 3.1.- Protozoos. 3.2.- Algas 3.3.- Hongos 4.- METO...

BLOQUE – MICROORGANISMOS Y FORMAS ACELULARES Tema 1: MICROORGANISMOS EUCARIOTAS 1.- ¿QUÉ ES UN MICROORGANISMO?. 2.- CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS. 3.- MICRORGANISMOS EUCARIOTAS: ALGAS PROTOZOOS Y HONGOS. 3.1.- Protozoos. 3.2.- Algas 3.3.- Hongos 4.- METODOS DE ESTUDIO DE LOS MICROORGANISMOS. ESTERILIZACIÓN Y PASTEURIZACIÓN  Biología 1º bachillerato 1.- ¿QUÉ ES UN MICROORGANISMO?. Todos aquellos seres vivos que por su reducido tamaño sólo son visibles con el microscopio se llaman microorganismos o microbios. Con el nombre de microorganismos designamos a un conjunto de seres vivos que se caracterizan por tener un tamaño pequeño, de modo que, la mayoría de ellos, no son visibles a simple vista, teniendo una gran sencillez en su estructura y su organización. Es un concepto muy heterogéneo, tanto por el tamaño y la organización de sus células, como por sus características funcionales y evolutivas, o por el medio en que viven. Por ello, dentro de este concepto se agrupan organismos pertenecientes a grupos taxonómicos muy distintos. El "ser pequeño" tiene unas características comunes que aportan diversas ventajas fisiológicas, de las que las más significativas son: Ÿ Su relación superficie/volumen es muy alta, por lo que tienen un intercambio de nutrientes con su entorno más eficiente que una célula grande. No obstante se necesita un volumen mínimo para acumular la información genética y el aparato bioquímico que le permitan vivir. Ÿ Su metabolismo es muy rápido, por las distancias tan pequeñas que separan a los metabolitos y nutrientes. Ÿ Se reproducen con gran rapidez, debido a la sencillez de su organización y al rápido metabolismo. Ÿ Como consecuencia de los puntos anteriores tienen gran capacidad para alterar el medio en que viven, por agotamiento de los nutrientes o modificación de sus características por la acumulación de productos de desecho. A pesar de su sencillez aparente, su importancia es tanta que ha dado origen a una rama de la Biología dedicada a su estudio, la Microbiología. 2.- CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS. Se diferenciaron tres líneas evolutivas celulares diferentes: Archaea, Bacteria y Eukarya. Bacteria (grupo conocido también como Eubacterias) y Archaea (llamadas también Arqueobacterias), son seres procariotas, mientras que las Eukarya son eucariotas. Morfológicamente, tanto Bacteria como Archaea son procariotas Los microorganismos se distribuyen en tres reinos: monera (Eubacterias y Arqueobacterias), protoctistas (protozoos, algas microscópicas y hongos mucosos) y fungi (hongos), estos dos últimos constituidos por células con organización eucariota. Se incluyen también dentro del mundo microbiano los virus, viroides y priones, todos ellos organismos acelulares. 1 Microorganismos - 1-  Biología 1º bachillerato ORGANIZACIÓN ACELULAR Virus, viroides y priones ORGANIZACIÓN Eubacterias PROCARIOTA Reino monera Arqueobacterias Protozoos Reino protoctista Algas microscópicas ORGANIZACIÓN EUCARIOTA Hongos mucosos ___________________________________________________________ Reino hongos Hongos 3- MICROORGANISMOS EUCARIOTAS Siguiendo el concepto tradicional, todavía válido, estos grupos los estudiaremos reunidos en tres grandes conjuntos: Protozoos, Algas y Hongos, con las características expuestas en el cuadro. 3.1.- PROTOZOOS Son Eukarya heterótrofos, incoloros y móviles. Deben su nombre a su parecido con los animales (“primeros animales”) debido a su forma de ingestión y digestión del alimento, motilidad, ausencia de pared celular, etc. Entre los protozoos encontramos muchos microorganismos de vida libre, pero otros son patógenos de los animales y del hombre. El movimiento que los caracteriza lo llevan a cabo mediante especializaciones del citoesqueleto: algunos grupos realizan un movimiento vibrátil mediante cilios o flagelos, mientras que otros presentan un movimiento ameboide mediante pseudópodos. Se desplazan, bien por un medio acuático (protozoos de vida 2 Microorganismos - 2-  Biología 1º bachillerato libre), bien por el medio interno del animal que parasitan. Los protozoos se alimentan gracias a la ingestión de macromoléculas en disolución mediante mecanismos de pinocitosis. Las pequeñas gotas de líquido penetran a través de un canal que forma la membrana plasmática al invaginarse y originar una vacuola. La mayoría son capaces además de fagocitar partículas sólidas, incluso células. Los protozoos se clasifican taxonómicamente, en función de sus mecanismos de motilidad. — Sarcodinos o rizópodos: emiten pseudópodos. — Mastigóforos o Flagelados: con largos flagelos. Es célebre Trypanosoma gambiense, que origina la enfermedad del sueño y se transmite por la picadura de la mosca Tsé-Tsé. — Cilióforos: con numerosos cilios en su superficie. Son muy frecuentes en medios húmedos Paramecium y Vorticella. — Esporozoarios: suelen ser parásitos y se dividen por esporulación. El más notable es Plasmodium falciparum, causante de la enfermedad de la malaria y se transmite por la picadura del mosquito Anopheles. 3 Microorganismos - 3-  Biología 1º bachillerato 3.2.- ALGAS Son Eukarya autótrofos fotolitótrofos que realizan una fotosíntesis oxigénica, aunque presentan notables diferencias con plantas y cianobacterias. La mayoría de las algas son microscópicas, existiendo individuos unicelulares y coloniales, en forma de agregados. Algunas algas son móviles mediante flagelos, como los euglenoides y los dinoflagelados. Los dinoflagelados (Pyrrophyta] tienen dos flagelos desiguales. Pueden tener gran diversidad de pigmentos fotosintéticos (clorofila, carotenoides, xantofilas, etc.], que según su proporción relativa confieren el color característico de cada tipo de alga: verdes [Chlorophyta], rojas (Rhodophyta], pardas (Phaeophyta), etc. Excepto el grupo de las euglenoides (Euglenophyra], las algas presentan una pared celular de composición variable. La mayoría tienen una pared celulósica. También pueden presentar quitina y deposiciones de carbonato cálcico [en las algas calcáreas o coralinas]. Las diatomeas (Chrysophyta) tienen sílice en su pared y al morir forman tierras de diatomeas ( se usa en agricultura como insecticida). Microfotografía de la Euglena 4 Microorganismos - 4-  Biología 1º bachillerato Las algas viven en medios acuáticos o en medio terrestre siempre que tengan abundante humedad. Algunos tipos de algas, principalmente de las clorofitas, forman parte de los líquenes al asociarse simbióticamente con un hongo. En la actualidad, el mayor aporte de oxígeno a la atmósfera procede de la actividad fotosintética de las algas. Además, como productores, son la base de las cadenas tróficas de los ecosistemas acuáticos; por ejemplo, el plancton en los mares. 3.3.- HONGOS Los microscopicos se clasifican en Mohos u hongos filamentos, hongos mucosos y levaduras Son Eukarya heterótrofos y, por tanto, carentes de clorofila, unicelulares o pluricelulares. Presentan una pared celular rígida, estructuralmente semejante a las paredes vegetales, pero muy diferente desde el punto de vista químico. Su principal constituyente son polímeros de glucosa como la quitina. Los hongos viven en ambientes muy diversos. Algunos son acuáticos de agua dulce o marina. Sin embargo, la mayoría son terrestres, habitando en el suelo o sobre plantas muertas. Estos hongos tienen una gran importancia en la biosfera, por ser descomponedores de materia orgánica, jugando un papel crucial en la mineralización del carbono orgánico. Los saprofitos descomponen la capa de materia orgánica de origen vegetal, formando el humus. Hay hongos parásitos, de plantas, animales y humanos. Otros hongos mantienen una relación interespecífica, de simbiosis, con cianobacterias y algas, formando los líquenes, o con plantas, formando parte de las micorrizas. Algunos hongos producen también esporas sexuales, como resultado de la reproducción sexual. Dependiendo del grupo de hongos, las esporas sexuales pueden denominarse: ascosporas, si se forman en una estructura en forma de saco llamada asca [Ascomycetes] o basidiosporas, si se forman en el extremo de una hifa o basidio (Basidiomycetes]. Los hongos pueden producir esporas asexuales resistentes a la desecación, denominadas conidios, que permiten su propagación a otros medios. Por su morfología, se distinguen tres grupos principales de hongos: los hongos filamentosos, las levaduras y las setas. Entre los hongos suelen incluirse unos microorganismos, de fenotipo semejante pero muy distantes filogenéticamente, denominados hongos mucosos. Hongos filamentosos o MOHOS. Son los típicos mohos que suelen aflorar en el pan viejo, frutas, queso, etcétera. Forman filamentos, denominados hifas, que al crecer se entrecruzan constituyendo masas macroscópicas compactas llamadas micelio. A partir del micelio, algunas hifas originan hifas aéreas que a su vez desarrollan los conidios. Los conidios son esporas asexuales, de fuerte pigmentación (negro, marrón, azul-verdoso, amarillo, etcétera) y resistentes a la desecación. La gran cantidad de conidios proporciona el típico aspecto pulverulento de los mohos. Puesto que estas esporas son muy abundantes, los hongos son contaminantes habituales de los laboratorios, alimentos, así como responsables de muchas alergias. 5 Microorganismos - 5-  Biología 1º bachillerato Tanto las esporas asexuales como las sexuales pueden germinar para originar una nueva hifa o micelio. Hongos mucosos. Microorganismos que muestran parecido con hongos y con protozoos. Filogenéticamente son más antiguos que los hongos y que algunos protozoos. Habitan sobre materia vegetal en descomposición, alimentándose de bacterias y otros microorganismos, mediante fagocitosis. Levaduras. Son hongos unicelulares de forma ovoide. Sin embargo, algunas levaduras pueden formar filamentos en determinadas condiciones. Así, por ejemplo, Candida albicans es capaz de formar micelio. Las levaduras viven habitualmente en ambientes con abundante azúcar, corno las frutas, flores e incluso en la corteza de los árboles. Algunas viven en simbiosis con animales, especialmente con insectos, y sólo algunas resultan patógenas para los animales y el hombre. Las levaduras más importantes, por intervenir en) procesos industriales de fermentación, pertenecen al grupo de los hongos ascomicetes, como Saccharomyces cerevisiae, implicada en la fermentación alcohólica y en la producción del pan. Saccharomyces es el hongo más estudiado, y constituye un modelo inapreciable para el estudio de la biología molecular de eucariotas, equivalente a E. coli en procariotas. 6 Microorganismos - 6-  Biología 1º bachillerato 4.- MÉTODOS DE ESTUDIO DE LOS MICROORGANISMOS. ESTERILIZACIÓN Y PASTEURIZACIÓN Para conocer la mayoría de las propiedades de un microorganismo, no es suficiente el estudio de un solo individuo, sino que es necesario el análisis de poblaciones que contienen gran cantidad de ellos; por ello, se realizan los cultivos microbianos de laboratorio ( población microbiana en crecimiento activo formado por individuos genéticamente homogéneos) Medios de cultivo En general son disoluciones de agua y nutrientes. Los medios de cultivo, según el criterio que se tome para clasificarlos, pueden ser de varios tipos: Según su composición. Hay medios complejos, sin composición definida y medios sintéticos con composición definida. Según su estado físico. Existen medios líquidos, cuyo componente mayoritario es el agua y medios sólidos, que son como los líquidos, pero se añade una sustancia para que solidifiquen. Según su utilidad se distinguen: Medios generales. Aportan todos los principios nutritivos que la mayor parte de los microorganismos necesitan. Medios especiales. Contienen algún componente que produce cierto efecto sobre un determinado tipo de microorganismo. Pueden ser: medios enriquecidos, que presentan algún compuesto que favorece el desarrollo de un tipo de microorganismo frente a otros; medios selectivos, que contienen alguna sustancia que es tolerada, a ciertas dosis, por un tipo de microorganismo y es tóxica para los demás y medios diferenciales, que incluyen algún componente que cada tipo de microorganismo utiliza de forma diferente; es decir, cada tipo produce a partir de él distintos productos finales. Los métodos de esterilización Para llevar a cabo un cultivo microbiano, es necesario aislar los microorganismos, esterilizar el medio y, por último, realizar la siembra, como se muestra en el apartado anterior. La esterilización es la eliminación de todos los microorganismos de un medio. Una vez realizada, se dice que ese medio es estéril. Los métodos más utilizados son: El calor. Destruye irreversiblemente las proteínas tanto si es calor seco (en horno) como si es húmedo (en autoclave). Se puede utilizar para esterilizar instrumentos de laboratorio, pero no medios de cultivo, excepto si se realiza a presión atmosférica (1 atm) y a 100 °C, durante treinta minutos, ya que este procedimiento no altera las proteínas. Con este método mueren las formas vegetativas, pero no las 7 Microorganismos - 7-  Biología 1º bachillerato formas de resistencia, por lo que el medio se deja en reposo para que germinen. Un método muy utilizado en la industria alimentaria es la pasteurización. La filtración. Se utiliza para esterilizar líquidos cuando contienen sustancias delicadas que se estropearían con el calor (vitaminas, enzimas, etc.). Se lleva a cabo pasando el líquido a través de filtros con el poro suficientemente pequeño para retener los microorganismos. Los más utilizados son los de membrana de celulosa, que se pueden esterilizar, a su vez, con calor seco o húmedo. La radiación. Consiste en someter el material que se desea esterilizar a radiaciones que matan los microorganismos. La más utilizada es gamma (que se produce en una bomba de cobalto). Esta radiación tiene gran poder de penetración, ya que atraviesa, incluso, envolturas de utensilios o recipientes. Su manejo es peligroso y caro, por lo que su uso ha quedado reducido fundamentalmente a las industrias alimentaria y farmacéutica, que esterilizan los productos una vez envasados. Pasteurización: Eliminación de las formas vegetativas de los microorganismos por choque térmico (calor húmedo a presión atmosférica). Puede ser rápida (72ºC 15´´ segundos) o lenta (62,5ºC 30´minutos)+ enfriamiento. UHT. (Ultra High temperature) Técnica que en realidad no es pasteurización, sino esterilización o ultrapasteurización; es la UHT, en la que la temperatura sobrepasa los 135 grados durante 2 segundos. Aislamiento de microorganismo Como las poblaciones naturales de microorganismos son mixtas, cuando se desea estudiar un solo tipo de microorganismo, es preciso aislarlo antes de introducirlo en un medio esterilizado para proceder a su cultivo. De no hacerlo así, nuestro estudio se contaminará con otros microorganismos diferentes. Diferencias entre pasteurización y esterilización La ESTERILIZACIÓN se realiza con alimentos más diversos, como carne, pescado, verduras, frutas… consiste en colocar el alimento en un recipiente y someterlo a temperaturas elevadas, superiores a 100ºC durante bastante tiempo. En este caso, el valor nutricional del producto final es menor, ya que con las temperaturas, además de destruirse los microorganismos patógenos, se destruyen también compuestos termolábiles como vitaminas, proteínas, aromas… 8 Microorganismos - 8-  Biología 1º bachillerato La esterilización es un proceso utilizado para inactivar a las esporas bacterianas resistentes al calor, y que se hallan presentes en el alimento, como por ejemplo, en los productos enlatados. Estos productos son calentados a temperaturas de 120ºC o inclusive a ultra altas temperaturas (UHT, por sus siglas en inglés) de 140ºC, ocasionando la muerte de las bacterias y sus esporas. Debido a que las bacterias no sobreviven a este proceso, los productos esterilizados tienen un tiempo de vida mucho mayor al de los productos pasteurizados. Sin embargo, la desventaja de la esterilización es que la calidad de algunos productos, tales como la leche, se ve afectada, además de que ciertas vitaminas (las vitaminas del complejo B y la vitamina C) se pierden durante el proceso. En la PASTEURIZACIÓN, como hemos visto antes, se calienta un alimento a 72ºC durante unos 15 o 20 segundos y se enfría rápidamente a 4ºC. Este proceso de calentamiento recibe el nombre del que lo llevó a cabo por primera vez, el científico-químico francés Louis Pasteur (1822-1895). A diferencia de la esterilización, la pasteurización no destruye totalmente las esporas de los microorganismos, ni elimina todas las células de microorganismos termofílicos. En la pasteurización, el objetivo primordial no es la "eliminación completa de los agentes patógenos" sino la disminución sustancial de sus poblaciones, reduciéndolas a niveles que no causen intoxicaciones alimentarias a los humanos (siempre que el producto pasteurizado se mantenga refrigerado correctamente y que se consuma antes de la fecha de caducidad indicada) Este método se utiliza en muchos productos, sobre todo en leche y derivados, zumos aromatizados y cervezas, ya que las bajas temperaturas permiten que los aromas no se volatilicen demasiado. Estos alimentos se conservan solo unos días, ya que las modificaciones físicas y químicas siguen produciéndose. El crecimiento de los microroganismos El crecimiento microbiano depende de una serie de factores, como la temperatura, la necesidad de oxígeno o el pH. La temperatura. Todos los microorganismos tienen temperaturas óptimas de crecimiento, temperaturas disgenésicas que resultan compatibles con la vida, pero no con su actividad, y temperaturas críticas, que no son compatibles con la vida. La necesidad de oxígeno. En función de su necesidad de oxígeno, los microorganismos pueden ser aerobios estrictos (necesitan gran cantidad de oxígeno para vivir), aerobios facultativos (pueden vivir con poca cantidad), anaerobios estrictos (no pueden vivir en su presencia) y anaerobios facultativos (pueden resistir pequeñas cantidades de oxígeno). El pH. Al igual que en el caso de la temperatura, todos los microorganismos tienen un intervalo de pH óptimo para su desarrollo. Se denomina sistema de cultivo discontinuo a aquel que consiste en sembrar una bacteria e incubarla en un medio cerrado, al que no se añaden más nutrientes que los iniciales y del que no se retiran los residuos producto del metabolismo de la bacteria. En estas condiciones, el ciclo de crecimiento de la población bacteriana presenta cuatro fases: Fase de latencia. Es el tiempo que tarda un cultivo nuevo en comenzar su crecimiento. Los microorganismos necesitan un período de adaptación durante el cual no aumenta la población. Fase exponencial. Es la fase en la que la población aumenta muy rápidamente ya que no existe ningún factor que limite su crecimiento; la temperatura, la cantidad de oxígeno y el pH son los óptimos. Fase estacionaria. No hay crecimiento neto de la población: la cantidad de células nuevas que se forman y la de muertes están en equilibrio. Si no se añaden nutrientes nuevos, llegará el momento en que alguno se agote, y hará que el crecimiento de la población sea más lento. Además, los productos de 9 Microorganismos - 9-  Biología 1º bachillerato desecho se van acumulando, y alguno puede llegar a ser tóxico, o puede variar la cantidad de oxígeno o el pH hasta llegar un momento en que la fase de crecimiento exponencial se acaba. Fase de muerte. Si se mantiene el cultivo cerrado, los nutrientes imprescindibles se agotan, a la vez que se acumulan grandes cantidades de residuos, que son tóxicos para las bacterias, por lo que la población entra en la «fase de muerte», normalmente exponencial aunque más lenta que la de crecimiento. 10 Microorganismos - 10-