Introducción a la microbiología: ciencia, contenido e impacto social

Introducción a la Microbiología

1. La Microbiología como Ciencia. Es el estudio de aquellos organismos vivos que no pueden ser captados por le ojo humano y viven como unicelulares o en agrupaciones, pero nunca forman tejidos. Se centra en el estudio de dos aspectos:
   • Compresión de los aspectos básicos de la vida, sirven como modelos de estudio.
   • Aplicación de los conocimientos en beneficio de la humanidad.
   Constituyen la mayor porción de biomasa sobre la tierra. Presentan una gran diversidad metabólica, con alguna excepción de las procariotas (fotótrofa, quimiolitótrofa, fermentaciones, respiración anaerobia, fijación de nitrógeno, metanogénesis) Los microorganismos que fermentan crecen de manera muy lenta pero los desechos pueden ser tóxicos para otros microorganismos.
2. Contenido de la Microbiología. Existen microorganismos acelulares como los virus, y otros celulares como bacterias y arqueas, protozoos, algas unicelulares y hongos. Donde existen dos reinos eucariotas (protozoos, hongos y algas) y procariota (arqueas, bacterias). Todos los microorganismos tienen unas características similares, son una organización unicelular que tiene metabolismo, multiplicación y evolución, y algunas se pueden mover, diferenciar y comunicarse entre ambas, debido a los quimiorreceptores en la membrana externa. Por lo general son muy activos y competitivos, con una alta tasa de replicación y se adaptan a condiciones extremas.
3. Lugar de los microorganismos entre los seres vivos. Se ha realizado un árbol filogenético comparando secuencias del ARN ribosomal. Diferenciando tres dominios (bacteria, arquea y eukarya). Procariotas EUKARYA ARCHAEA Animals Entamoebae Slime molds Green nonsulfur bacteria Euryarchaeota Methanosarcina Mitochondrion Methano- bacterium Extreme halophiles Proteobacteria positive bacteria Methano- coccus Chloroplast Pyrodictium Thermoplasma Cyanobacteria Thermococcus Flavobacteria Marine Crenarchaeota Pyrolobus Methanopyrus Trichomonads Thermotoga Thermodesulfobacterium Aquifex Diplomonads (Giardia) Eucariotas WUOLAH Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad. -Fungi BACTERIA Gram- Crenarchaetoa Thermoproteus Plants Ciliates Flagellates Microsporidia LUCA
4. Impacto de los microorganismos en la sociedad. Los microorganismos se pueden utilizar en diferentes ambientes como la medicina, agricultura, alimentación, energía o medio ambiente y biotecnología. Son causantes de enfermedades que han cambiado parte de la historia. Pero también son esenciales en la vida. Algunos no son perjudiciales como la microbiota del colon que ayuda en el proceso digestivo y compiten contra los microorganismos patógenos evitando que colonicen el tubo digestivo, resulta difícil modificar la microbiota. En la agricultura, puede haber relaciones beneficiosas con simbiosis con plantas o reciclado de nutrientes; o relaciones perjudiciales. También hay presencia de microorganismos en el rumen de los rumiantes y producción de enfermedades. Para la prevención del deterioro del Medio Ambiente en la biorremediación y depuración de aguas. También es importante en la producción de biocombustibles. En biotecnología, los microorganismos se usan para la producción de aminoácidos, antibióticos ... Se usan microorganismos naturales y modificados genéticamente. También tienen importancia en la transformación de alimentos como microorganismos fermentadores; y control y conservación de los alimentos, provocan enfermedades y deterioran alimentos.
5. Evolución Histórica. Periodo I. Periodo especulativo. Desde la antigüedad hasta los primeros microscopistas. Periodo II. Periodos descriptivos. Se comienzan a realizar diversas observaciones, se comienzan las primeras teorías e hipótesis.
   • 1664, Robert Hooke describe cuerpos fructíferos de mohos.
   • 1675, Antonie van Leeuvenhoek observo las bacterias, realizo la primera lente para poder observar las telas.
   WUOLAH Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.Periodo III. Nacimiento de la Microbiología. El cultivo de los microorganismos dio origen al origen biótico de los microorganismos, avances técnicos, cultivos puros y microscopios. Teoría Germen - Enfermedad: descubrimiento y tratamientos de enfermedades.
   • 1864, Louis Pasteur. Debate sobre la Generación Espontánea. Hizo varias técnicas novedosas y descubrió nuevos procesos fermentativos.
   • 1882, Robert Koch. Teoría Germen - Enfermedad. Formula ciertos postulados para estableces diversos microorganismos de cualquier enfermedad.
     • Antisepsia.
     • Inmunización.
     • Quimioterapia.
   Periodo IV. S. XX Desarrollo de la Microbiología. Con diferentes novedades se consiguió llegar a una ciencia, GENOMICA; que sirvió para agrupar en tres dominios, por comparación de secuencias del ARN ribosomal. Periodo V. S. XXI Era de la genómica.

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Morfología, Estructura y Función de la célula procariota

1. Morfología. Se diferencian diversas formas en las que se pueden clasificar las procariotas: cocos, bacilos, espirilos, espiroquetas, filamentosos y bacterias con yema y apéndices. Aunque la forma más estable es la de cocos. Y dependiendo de la forma, se agrupan en unas formas u otras: estrepto- forma de cadena; estafilo - forma de racimo de uvas, estrepto- en línea recta; y diplo- en parejas. Las bacterias al ser más pequeñas tienen un metabolismo más activo y versátil con una alta tasa de replicación, además de ser activos y competitivos. Se trata de la relación superficie volumen.
2. Estructura y función. a. Cubiertas celulares. Membrana citoplasmática. Tiene un 6-8 nm modelo de mosaico fluido, con una bicapa lipídica y proteínas. Se compone de In lípidos, fosfolípidos de glicerol y ácido Proteínas integrales de membrana graso; y proteínas, integrales o periféricas. Forma una barrera semipermeable y muy selectiva, entran moléculas de bajo peso molecular e hidrofóbicas Out Fosfolípidos Región hidrofílica Región hidrofóbica Molécula de fosfolipido Hay cierta diferencia con las eucariotas, poseen esteroles cuya función es dar estabilidad a la membrana; y algunas bacterias presentan hopaniodes, que tienen una estructura y función similar a los esteroles. En Archaea: No se componen de enlaces ester, si no de enlaces éter; carecen de ácidos grados, tienen fitanil (derivado del isopreno) y pueden forman monocapas. Funciones:
   • Barrera de permeabilidad.
   • Papel estructural.
   • Conversión de energía. Fuerza Protón Motriz, es el transporte de moléculas a través de proteínas transportadoras.
   Pared celular. En el dominio Bacteria se clasifican según si tienen pared Grampositivas y Gram Negativas, excepto el género Mycoplasma que no posee una pared. La función principal es evitar la lisis osmótica en diferentes ambientes. WUOLAH Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.La lisis osmótica puede suceder en una solución isotónica (sin movimiento del agua), solución hipotónica (el agua entra en la célula y puede estallar si esta débil); y solución hipertónica (el agua de la célula sale, haciendo que el citoplasma se encoja, plamólisis). El peptidoglucano es algo exclusivo de las bacterias y tiene función diana de acción de antibióticos, también dan rigidez a las células como su forma y protegen del daño mecánico y de lisis osmótica. Se componen de dos derivados de azúcares N-Acetil glucosamina (NAG) y Ácido N-acetil murámico (NAM) y otros pocos aminoácidos. Es una diana para agentes antimicrobianos como Lisozima, hidroliza los enlaces ß1-4 del polisacárido, y Penicilina, impide los entrecruzamientos entre tetrapéptidos y Ácido N-acetil murámico, transpeptidación. La lisozima tiene algún efecto en una solución estacionaria, de no crecimiento. Las células bacterianas pueden estallar, se produce una lisis osmótica. La penicilina tiene algún efecto en una solución estacionaria, de no crecimiento. No pasa nada, ya que no rompe los enlaces de entrecruzamientos, si no impide la formación de nuevos. Pero si está en una fase exponencial, comienza a impedir la unión y acaba muriendo. Pared celular de las Grampositivas: Tienen una gruesa capa del peptidoglucano (mureína) y tiene presencia de ácidos teicoicos. Los enlaces entre las unidades Proteína asociada Acido teicoico a la pared peptídicas son peuntes interpetídico variable. Ácidos Teicoicos, son poli-alcohol de glicerol o ribitol de uniones ésteres de fosfatos, se pueden unir azúcares, aminoácidos, cationes ... dando carga negativa. Tambien permite el transporte de cationes, estabilidad estructural, detemrinantes antigénicos, molécula que desencadena la formación de una anticuerpo; y receptor de bacteriófagos, ataca ciertas bacterias. Acido lipoteicoico Peptidoglicano Membrana citoplasmática Pared celular de las Gramnegativas: Poseen una estrecha capa de peptidoglucano, pero poseen una membrana externa formada de proteínas, porinas, fosfolípidos y lipopolisacáridos (LPS). El periplasma es el espacio entre la membrana externa y la membrana citoplasmática. Las conexiones entre las unidades, son conexiones directas. WUOLAH Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.EI LPS es una endotoxica exclusiva de Gram negativas. Se compone de un polisacarido O específico, núclo del polisacárido Polisacárido Núcleo del polisacárido O especifico Proteina y lípido A (tóxico para animales). Lipido A Exterior Impide el paso de moleculas de lato peso molecular e hidrofobicas, sitio de adherencia bacteriana, resistencia de fagocitosis, receptor de fagos y posee variabilidad antigénicas, permite una clasificación según sus antígenos, serotipos. Lipopolisacárido ILPS) Membrana externa 8 nm Pared celular TOgn pildogicand Lipoproteina Proteínas de anclaje Membrana citoplasmática Interior (a) Periplasma: contiene enzimas hidrolíticos, proteínas de unión y quimiorreceptores Porinas: canales proteícos que permiten transporte de sustancias hidrofílicas de bajo PM Funciones de la membrana externa:
   • Barrera de permeabilidad.
   • Permite el paso de moléculas a través de las porinas.
   • Tóxico para animlaes.
   • Antigénicos.
   • Formación de biofilms para la adherencia con otras células.
   • Receptor de bacteriófagos.
   Propiedades Gram-positiva Gram-negativa Espesor de la pared gruesa (20-80 nm) delgada (10 nm) Número de capas 1 2 Contenido peptidoglicano (mureína) >50% 10-20% Ácidos teicoicos presencia ausencia Contenido lípidos y lipoproteínas 0-3% 58% Contenido proteínas 0 9% Contenido lipopolisacáridos 0 13% Sensibilidad a penicilina Si No (con excepciones) Sensibilidad a lisozima Si No Paredes de Archaea. No contienen peptidoglucano y poseen cierta variedad de paredes, las más omunes son Pseudomureína y Capa S o paracristina. ¿Por qué las Mycoplasma no posee pared? Porque viven en ambientes isotónicos. b. Estructuras externas. Cápsula o glicocálix. Son capas de polisacárido viscosos y proteínas fuera de la pared celular, exopolisacáridos extracelular EPS. Puede haber cápsulas: más densas, rígidas e impermeables; o capas mucilaginosas: más diluidas y flexibles. Funciones:
   • Adherencia a superficie / formación de biopelículas (biofilm).
   • Mecanismo de defensa bacteriano (frente a fagocitosis y antimicrobiano.
   • Mejora la resistencia frente a desecación, rayos ultravioletas ...
   • Altamente antigénica: antígeno K
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