Biología 2º de Bachillerato Colegio Zazuar

TEMA 14
“Microbiología y biotecnología”
(Tiempo estimado: 6 sesiones)

1. MICROBIOLOGÍA, CONCEPTO Y ANTECEDENTES HISTÓRICOS

Podemos considerar microorganismos los integrantes del reino Moneras, es decir las
bacterias (arqueobacterias y eubacterias), del reino Protistas (protozoos, algas
unicelulares y hongos mucosos) y los hongos unicelulares. También los agentes
acelulares, como virus, viroides y priones.

Filogenéticamente los primeros en aparecer fueron los procariontes, es decir las

Moneras, y más concretamente, según parece, a partir de las arqueobacterias, los
primeros eucariotas unicelulares, es decir los Protistas. A partir de estos debieron
aparecer los hongos, vegetales y animales.

La microbiología estudia a todos ellos, entre los que se encuentran los denominados
microorganismos patógenos, responsables de una gran cantidad de las enfermedades
más graves que afectan a seres humanos y animales y plantas en general.

Tras una larga etapa en la que hipótesis preponderante sobre la formación de la vida
fue la generación espontánea, una vez refutada por Louis Pasteur y demostrada la
teoría de la Biogénesis, la microbiología surge a finales del siglo XIX como ciencia
experimental, a la luz de los descubrimientos científicos sobre la vida microscópica e
impulsada especialmente en el siglo XX por los avances técnicos en los instrumentos
ópticos que permiten observarla.

Son personajes importantes en el desarrollo de la microbiología Louis Pasteur o

Robert Koch, este último por demostrar con su Teoría Microbiana de las
Enfermedades Infecciosas la relación existente entre los microorganismos y las
enfermedades de carácter infeccioso.

2. MICROORGANISMOS DEL REINO MONERAS

No nos vamos a detener mucho en este grupo, ya que hablamos anteriormente de
ellos en un tema anterior. Podemos recordar, que las bacterias o eubacterias,
presentan todas las formas de nutrición posibles: fotoautótrofa (cianobacterias) y
quimioautótrofa, heterótrofa, aerobia y anaerobia. Además aparecen algunos grupos
que son organismos facultativos respecto al oxígeno, es decir que pueden vivir en
presencia y ausencia de él.

Esta gran adaptabilidad les permite colonizar todos los medios, aun con condiciones
extremas, por lo que generalmente presentan una gran capacidad colonizadora. En
condiciones muy desfavorables algunas bacterias grampositivas como el género
Clostridium, pueden originar formas de resistencia llamadas endosporas, esporas que
se mantienen en el interior celular y que está rodeadas de una cubierta gruesa que las
protege. Pasado el tiempo cuando las condiciones ambientales vuelven a ser
favorables, estas endosporas vuelven a germinar regenerando nuevos individuos.

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Su reproducción es básicamente asexual, mediante bipartición, escisión o gemación,

aunque también aparecen formas de reproducción parasexual en las que se produce
transferencia de material genético de unos individuos a otros. Puede ser de tres tipos:
- Transformación: recuerda el experimento de Griffith que vimos temas antes, lo
que allí ocurría era transformación. Consiste en la transferencia de ADN de una
bacteria donadora desde el exterior hacia el interior de otra bacteria receptora, sin
necesidad de contacto entre ellas.
- Transducción: se produce transferencia de ADN utilizando un virus bacteriófago
como vehículo durante el proceso de infección a bacterias. Este proceso implica la
infección de una bacteria por un bacteriófago, que integra su ADN en forma de
profago, en el de la bacteria. Posteriormente, durante la replicación del virus, el
ADN de los nuevos virus formados arrastra fragmentos variables del ADN
bacteriano. Cuando estos últimos virus repiten la infección en nuevas bacterias,
estas reciben además ADN bacteriano de procesos anteriores.
- Conjugación: se produce la transferencia de plásmidos, aislados o incluidos en el
cromosoma, desde una bacteria donante a una receptora (F -), a través de los pelos
sexuales o pili, por lo que existe contacto físico entre ambas. Las donantes pueden
ser de dos tipos diferentes:
- Bacterias F+: que poseen uno o varios plásmidos, episomas o factores F,
independientes de su cromosoma. Durante la conjugación transfieren sólo el
plásmido a la bacteria receptora, transformándose esta en F+.
- Bacterias Hfr: poseen el factor F integrado en el cromosoma bacteriano, por lo
que durante la conjugación transfieren a la bacteria receptora, no solo el
plásmido, sino también un fragmento variable de su propio cromosoma. La
bacteria receptora integra el conjunto a su vez en su ADN, transformándose en
Hfr. Estás también pueden provenir de bacterias F + que, espontáneamente,
integran el episoma en su ADN.

En todos los casos, estas formas parasexuales han influido enormemente en la gran
diversidad evolutiva que aparece en las bacterias, dado que al añadir más ADN al
presente en el cromosoma original, aumentan la variabilidad de los individuos.

Son también bacterias los micoplasmas, de muy pequeño tamaño, sin pared celular y
parásitos obligados de organismos superiores.

Finalmente las arqueobacterias tienen características atípicas del resto de las

bacterias, como es la ausencia de peptidoglicano en su pared, o la presencia de
moléculas de isopreno en lugar de ácidos grasos. En algunas, como las hipertermófilas,
las cadenas laterales hidrofóbicas de cada lado de la membrana se unen
covalentemente formando una monocapa para resistir mejor las altas temperaturas.
Son también arqueobacterias las halófitas (soportan medios hipersalinos) o las
metanógenas (productoras de metano en ausencia de oxígeno).

3. MICROORGANISMOS DEL REINO PROTOCTISTAS

Engloba este reino tanto a los protozoos y a las algas unicelulares. Los protozoos son
eucariotas aerobios y básicamente heterótrofos, aunque hay algunos fotosintéticos,

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sin pared celular, son generalmente móviles por distintos medios, algunos de vida libre
y otros parásitos y patógenos. Su reproducción asexual es por escisión y pueden
presentar reproducción sexual bajo ciertas condiciones adversas. También pueden
originar formas de resistencia, en forma de quistes o esporas que se rodean de una
gruesa capa de protección frente al exterior. Hay cuatro grupos:
- Flagelados o euglenozoos: con uno o más flagelos para desplazarse. De vida libre y
parásitos como Trypanosoma (enfermedad del sueño) o Leishmania
(leishmaniasis).
- Sarcodinos, rizópodos o amebozoos: con movimiento ameboide mediante
pseudópodos. Algunos con vida libre como los que forman el plancton:
foraminíferos (caparazón de carbonato cálcico), o radiolarios (caparazón de silicio).
Algunos parásitos, como la Entamoeba (disentería amebiana).
- Esporozoos: normalmente inmóviles en su madurez. Todos son parásitos estrictos
de animales superiores, como Plasmodium (malaria o paludismo) o Toxoplasma
(toxoplasmosis).
- Ciliados o cilióforos: con movimiento mediante cilios, por los que están
recubiertos. Con reproducción sexual muy peculiar mediante conjugación. Un
ejemplo es Paramecium.

Las algas unicelulares son microorganismos fotolitótrofos, es decir utilizan la luz y

materia inorgánica para nutrirse. Poseen normalmente pared celular de celulosa (hay
alguna excepción que no tiene pared o no es de celulosa). También tienen una gran
variedad de sustancias de reserva energética, que en algunos casos es el almidón,
como en las plantas. A pesar de que aquí, por tratarse de un tema sobre microbiología,
sólo hablaremos de las unicelulares, consideramos sin embargo dentro de los
protoctistas a todas las algas, tanto unicelulares como pluricelulares, al no encajar
estas últimas en el reino vegetal por no poseer verdaderos tejidos, sino talos.

Presentan reproducción tanto vegetativa por escisión como sexual, frecuentemente

con alternancia de generaciones, con gametofito y esporofito. Algunas son flageladas
como las dinoflageladas, otras inmóviles, como las euglenofitas o las diatomeas.
Colonizan generalmente el medio acuático constituyendo el fitoplancton, aunque
también aparecen en el suelo húmedo o en simbiosis con los hongos formando
líquenes.
Se clasifican en: euglenofitas, clorofitas, crisofitas y pirrofitas.

Los hongos mucosos no son realmente hongos, aunque reciben ese nombre ya que
muestran alguna similitud con ellos, pero también con algunos protozoos, aunque son
realmente más primitivos. Antiguamente se incluían en el reino hongos, pero
actualmente se consideran protoctistas. Colonizan la materia vegetal en
descomposición, aunque se alimentan no de ella sino de los microorganismos que se
nutren de ella. Hay dos tipos básicos, los hongos mucosos celulares, con una
estructura muy similar a las células amebianas, y los hongos mucosos acelulares o
plasmodios con una estructura celular formada por una masa de citoplasma repleta de
núcleos en su interior.

4. MICROORGANISMOS DEL REINO HONGOS

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Son eucariotas unicelulares o pluricelulares talofíticos heterótrofos, muchos de ellos

parásitos de organismos superiores, y otros saprofitos y simbiontes, que se encuentran
en todos los medios. Poseen pared celular, aunque con una composición a base de
quitina, y forman filamentos llamados hifas, que en su conjunto constituyen un
micelio. Dentro de los microorganismos del reino hongos nos encontramos dos
grupos:
- Ascomicetos: que comprenden los mohos y las levaduras. Los mohos presentan
hifas tabicadas en su micelio, podemos citar a Penicillium o Neurospora. Una de las
levaduras más conocidas y utilizadas es Saccharomyces cerevisae, esta es
precisamente una de las más importantes desde el punto de vista económico e
industrial, ya que se utiliza para fabricar vino, cerveza o pan (recuerda la
fermentación alcohólica). De ella se conoce perfectamente su ciclo vital y ya se ha
secuenciado totalmente su genoma:

Date cuenta que los núcleos que aparecen en color blanco o negro representan los
de las células de cada tipo conjugativo (algo parecido al sexo). Además, ten en
cuenta que tanto las ascosporas como las células diploides formadas por la fusión
de estas se multiplican por gemación (mitosis). Puedes ver que presenta
alternancia de generaciones, con una generación haploide (n=16) que va desde la
meiosis hasta la cariogamia, y una generación diploide (2n=32) que va desde la
cariogamia hasta la meiosis.
Hay que mencionar también el ejemplo de Candida albicans, otra levadura capaz
en este caso de formar micelio. Esta levadura se encuentra normalmente en la
cavidad bucal, en la vagina o en el tracto gastrointestinal. Cuando su número
aumenta por encima de un valor determinado provoca la candidiasis, al producir
toxinas que vierte al torrente sanguíneo y acaba atacando al sistema nervioso e
inmune.
- Mucormicetos: formados por hifas no tabicadas en su micelio, como Rhizopus
nigricans, el moho del pan.

5. RELACIONES BIÓTICAS DE LOS MICROORGANISMOS

Las asociaciones que se pueden establecer entre un microorganismo y otro ser vivo
pueden provocar diferentes situaciones con diferentes consecuencias:
- Parasitismo: en la que un microorganismo (parásito) obtiene un beneficio de otro
ser vivo (huésped), causándole daños o enfermedades características, en cuyo caso

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al parásito se le considera patógeno. Son ejemplos de esta relación cualquiera de

las enfermedades infecciosas citadas anteriormente.
- Simbiosis: dos organismos (simbiontes) se benefician mutuamente de la relación
establecida entre ellos. Algunas son obligatorias, es decir los simbiontes no
lograrían sobrevivir sin ella, como es el caso de los líquenes (algas y hongos).
- Saprofitismo: son saprófitos los microorganismos que se alimentan de la materia
orgánica muerta (cadáveres y excrementos). Son importantísimos en el reciclaje de
la materia orgánica a inorgánica para su utilización por los autótrofos. Son
bacterias y hongos.

6. TEORÍA MICROBIANA DE LA ENFERMEDAD

Robert Koch demostró con su Teoría Microbiana de la Enfermedad, la relación
existente entre los microorganismos y las enfermedades de carácter infeccioso. En
1876 enunció sus postulados, que recogían sintéticamente los resultados de sus
experimentos:
- El microorganismo patógeno debe encontrarse presente en los tejidos de los
animales que sufren la enfermedad, pero no en los de los sanos.
- El microorganismo debe ser cultivado en un medio de cultivo puro fuera del cuerpo
del animal.
- Al inocular ese cultivo en un animal sano, debe provocar en el mismo la
enfermedad.
- Una vez aislado el microorganismo desde los animales inoculados, debe ser
idéntico al original.

Koch contribuyó también enormemente al desarrollo de la microbiología por sus

aportaciones en las técnicas de cultivo de microorganismos. Por ejemplo en resaltar la
importancia de los cultivos axénicos (puros) en el estudio microbiológico, o en la

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utilización del agar-agar como soporte sólido de cultivo en lugar de la gelatina utilizada
hasta ese momento.

7. ENFERMEDADES INFECCIOSAS
Una de las causas principales de muerte en la población mundial, sobre todo en los
países en desarrollo, según la Organización Mundial de la Salud, son las enfermedades
de tipo infeccioso provocadas por microorganismos patógenos (analiza tabla de la
página 248 de tu libro de texto). Al mismo tiempo, el abuso de los antibióticos ha
llevado a una progresiva resistencia de ciertas cepas, lo que ha provocado que cada
vez sea más complicado tratar y curar algunas enfermedades.

En relación con la epidemiología, que estudia la incidencia de las enfermedades

infecciosas, hay ciertos términos básicos de los que debemos saber su definición:
- Infección: es la invasión de un ser vivo por microorganismos patógenos, lo que le
provoca algún tipo de enfermedad.
- Enfermedad infecciosa: enfermedad provocada por un microorganismo capaz de
provocar una infección.
- Microorganismo patógeno: todo aquel microorganismo capaz de provocar una
enfermedad infecciosa.
- Virulencia: capacidad infectiva de un microorganismo. A mayor virulencia, mayor
violencia en la actividad del patógeno y por lo tanto mayor gravedad de la
infección.
- Microorganismo oportunista: aquel que no es patógeno en condiciones habituales
pero que cuando el sistema inmunológico está debilitado puede multiplicarse y
extenderse, pudiendo llegar a provocar enfermedades.
- Epidemia: se produce cuando una cierta enfermedad infecciosa aparece en un
número muy elevado de individuos en una determinada región, en un corto
espacio de tiempo.
- Endemia: la que está permanentemente presente en una determinada región o
población aunque generalmente con baja incidencia, como la malaria en algunas
zonas de África.
- Pandemia: es una epidemia ampliamente distribuida, es decir que afecta a nivel
global a grandes regiones o incluso a nivel mundial, como el Sida.
- Zoonosis: enfermedades infecciosas propias de vertebrados no humanos que
puede ser transmitidas al hombre, como la gripe porcina, la rabia o el ántrax.

Existen diferentes formas de contagio de las enfermedades infecciosas:

- Por objetos inertes: infecciones en las heridas por contacto con objetos
contaminados. Por ejemplo el tétanos, provocado por la bacteria Clostridium
tetani, cyasoxinas afectan al sistema nervioso.
- Por el agua que bebemos: al ingerir agua o alimentos contaminados con esa agua.
Por ejemplo el cólera, enfermedad provocada por la bacteria Vibrio cholerae, la
cual se manifiesta como una infección intestinal.
- Por la ingestión de alimentos contaminados por microorganismos patógenos:
como la salmonelosis, causada por la bacteria Salmonella, frecuentemente

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presente en las heces de las aves, o el botulismo, producido por la bacteria

Clostridium botulinum en alimentos mal conservados. La toxina botulínica que
produce, altamente tóxica, es un potente paralizante muscular muy utilizada
actualmente en tratamientos estéticos con “botox”.
- Por el aire: al toser, estornudar o escupir. Es el caso de la tuberculosis causada por
diversas especies del género Mycobacterium.
- Por vectores de transmisión: los vectores son animales que, sin padecer la
enfermedad, introducen el microorganismo patógeno en un organismo sano. Por
ejemplo la malaria, que se produce por el protozoo Plasmodium, transmitido por la
hembra del mosquito Anopheles en sus glándulas salivares, o la enfermedad del
sueño, producida por otro protozoo, el Trypanosoma, trasmitido por la picadura de
las moscas tse-tsé en el África sub-sahariana y parte de África Central.
- Enfermedades de transmisión sexual (ETS): transmitidas al mantener relaciones
sexuales. Son ejemplos la sífilis (Treponema pallidum), la gonorrea (Neisseria
gonorrhoeae), el sida (virus VIH), papiloma humano (virus VPH).

8. MÉTODOS DE ESTUDIO DE LOS MICROORGANISMOS

La microbiología trabaja en el laboratorio con poblaciones homogéneas genotípica y
fenotípicamente, es decir con los cultivos axénicos propuestos por Koch. A estas
poblaciones definidas se les llama cepas. Para obtenerlas se recurre a métodos de
esterilización de los materiales y de los medios de cultivo, que garanticen la no
contaminación de esos cultivos con otros microorganismos. Hay varios métodos de
esterilización, es decir, de eliminación de toda forma de vida:
- Físicos: el más utilizado es la aplicación de calor, tanto seco (llama incandescente,
horno,…) como húmedo, de mayor eficacia (autoclave). También son utilizadas las
radiaciones electromagnéticas ionizantes y no ionizantes (microondas, rayos X,
rayos gamma, luz ultravioleta, electrones,…) y en ciertos casos de esterilización de
líquidos y gases, los filtros con poros calibrados que no permiten pasar los
microorganismos.
- Químicos: mediante sustancias naturales o sintéticas con carácter desinfectante o
antiséptico, que pueden bien matar los microorganismos (efecto bactericida,
viricida, fungicida,…) o bien inhibir su crecimiento (efecto bacteriostático,
viristático, fungistático,…). Un caso especial son los antibióticos, de origen natural,
fabricados por algunos microorganismos que resultan tóxicos para ciertas bacterias
pero no para el huésped.

Un caso especial de proceso físico es la pasteurización. No se trata realmente de un

método de esterilización, ya que no elimina totalmente los microorganismos de un
medio, sino que tan solo reduce su población. Esto permite que el tiempo de
conservación de un alimento se alargue considerablemente sin que pierda
necesariamente sus propiedades. Lo desarrolló Louis Pasteur, que lo utilizó para
controlar el deterioro del vino. El proceso tal como él lo propuso consiste en aumentar
la temperatura del alimento hasta los 72ºC durante sólo 15 segundos. Actualmente se
utiliza mucho una derivación de ese método llamado sistema UHT que eleva la
temperatura hasta los 135-150ºC durante sólo 1 a 3 segundos.

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Los métodos de pasteurización son muy utilizados hoy en día para la conservación a
largo plazo, sin la utilización de frío, de muchos alimentos, entre ellos los productos
lácteos y derivados.

El medio de cultivo, líquido o sólido (en este caso normalmente será el agar-agar,
recuerda que es un polisacárido procedente de las algas rojas), deberá constar de una
solución con los nutrientes que precisen los microorganismos: agua, una fuente de
carbono, una de hidrógeno y una fuente de energía (en el caso de no ser
fotosintéticos, en cuyo caso se expondrá a la luz).

A continuación, será necesario sembrar el medio con un o unos pocos ejemplares del
microorganismo en cuestión, extendiéndolo sobre el medio de cultivo. Suelen
utilizarse para ello asas de siembra previamente esterilizados por calor.
Posteriormente se tapará el recipiente (generalmente una placa de Petri) y se
introducirá en una estufa de cultivo el tiempo necesario a la temperatura óptima de
crecimiento de esa especie. El resultado será la formación de colonias homogéneas o
cepas que habrán surgido sobre el medio de cultivo.

Los cultivos microbianos cerrados, es decir aquellos a los que no se les añaden
posteriormente más nutrientes más que los se incluyeron al principio del proceso,
sufren un crecimiento en cuatro fases:

- Fase de latencia o adaptación: en la que no se observa un crecimiento significativo

de la población al encontrarse en proceso de adaptación inicial.
- Fase de crecimiento exponencial: en la que el crecimiento es logarítmico muy
rápidamente, una vez superada la adaptación.
- Fase estacionaria: en la que el crecimiento se estabiliza en un valor constante,
debido a que los nutrientes presentes en el medio (como ya hemos dicho es
cerrado) se comienzan a agotar. Al mismo tiempo se acumulan sustancias de
desecho de los microorganismos en cantidades que comienzan a ser tóxicas para
ellos mismos.
- Fase de muerte: en la que el número de ejemplares decrece rápidamente sin que
haya reposición por el agotamiento total de los recursos y el envenenamiento del
medio.

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Estos procesos de crecimiento microbiano son los que se utilizan frecuentemente para
determinar el periodo de conservación de ciertos alimentos, como los lácteos, y por lo
tanto para fijar su fecha de caducidad. Cuanto se estima que el alimento (un cultivo
cerrado en realidad), en unas condiciones teóricas de mantenimiento sobrepasa un
valor determinado dentro de la fase exponencial o entra en la fase estacionaria, se
considera que contiene una población de microorganismos excesiva y no es apto para
el consumo.

9. AGENTES INFECCIOSOS ACELULARES

Son aquellos que no presentan una organización celular típica. Veremos en este
apartado los virus y las denominadas partículas infectivas subvirales, aun más
elementales, que comprenden viroides y priones.

9.1. VIRUS
Son organismos microscópicos que ya fueron intuidos, más que descritos, a finales del
siglo XIX en plantas de tabaco. Son muy pequeños, mucho más que una bacteria, con
una organización acelular, por lo que se les puede considerar en el límite de lo vivo y lo
inerte. Tampoco realizan las funciones básicas características de los organismos
celulares, es decir, no se nutren y no se reproducen en sentido estricto, ya que lo que
realmente hacen es generar réplicas de sí mismos. En cuanto a la función de relación,
sí se relacionan con otros seres vivos, esta vez celulares, siempre para parasitarlos,
puesto que necesitan obligatoriamente su maquinaria de replicación y expresión
génica para originar sus copias. Son por lo tanto parásitos obligados.

En algunos casos se les atribuye un papel en el proceso evolutivo global de los seres
vivos, al considerarlos como elementos genéticos capaces de intercambiar el material
genético entre especies distintas, favoreciendo así su paso desde unas células a otras.
Algo así, salvando las diferencias, como una especie de “recombinación génica” a nivel
global.

Aparecen en dos estados:

- Extracelular, llamado virión o partícula viral, que es inerte por sí misma. Necesita
de una célula huésped a la que infectar y luego parasitar para replicarse.
- Intracelular, es la forma que se obtiene cuando el virión ya ha infectado a una
célula y él al completo o su material nucleico se encuentra en el interior celular.

La composición de los virus es muy simple, están formados por una cápsida proteica
formada por unidades proteicas o capsómeros, que contiene en su interior un
fragmento no muy grande de un ácido nucleico (ADN o ARN mono o bicatenario).
Puede ocurrir que sobre la cápsida aparezca una envoltura membranosa que
realmente consiste en restos de la membrana de células infectadas anteriormente
(como el caso del virus de la gripe o del VIH).

En algunos tipos de virus, los retrovirus, se han identificado proteínas

retrotranscriptasas que realizan la transcripción inversa desde el ARN vírico hasta ADN
para que este se inserte en el ADN huésped (recuerda la actualización del Dogma
Central de la Biología Molecular que vimos temas atrás).

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Su clasificación se puede realizar según diferentes criterios:

- Según el tipo de organismo al que infecta y parasita: virus animales, virus vegetales
y bacteriófagos o fagos, que infectan a bacterias.
- Según el material genético que contienen: ADN-virus, con cadenas de ADN sencillas
(bacteriófago M13,...) o dobles (adenovirus); ARN-virus, también con cadenas
sencillas (virus de la rabia, gripe, VIH, y retrovirus en general,...), o con cadenas
dobles (reovirus, picornavirus,...).
El criterio de clasificación más extendido es el que atiende a la forma de la cápsida:
- Icosaédricos: con forma de poliedro de 20 caras, de aspecto casi esférico.
Normalmente con ARN monocatenario. Son ejemplos el virus de la polio, de la
hepatitis A, del resfriado común, ...). A veces poseen una envoltura de
lipoproteínas con espículas glucoproteícas situadas hacia el exterior. Son ejemplos
los retrovirus de ARN monocatenario.
- Helicoidales: en forma de bastón alargado que contiene el material genético en su
interior, normalmente ARN monocatenario. En el exterior aparecen los capsómeros
colocados formando un enrollamiento helicoidal. Son ejemplos el virus de la rabia,
mosaico del tabaco,...
- Virus complejos: con una suma de las estructuras anteriores, es decir, una cabeza
con forma de icosaedro, unido a una cola bastón helicoidal mediante un collar.
Poseen una placa basal con espinas caudales y fibras de anclaje para anclarse en la
célula huésped, en el extremo libre de la cola. Son ejemplos los virus bacteriófagos,
el de la viruela,...

En su forma extracelular los viriones no pueden replicarse, precisan de una célula

huésped en la que, mediante la maquinaria replicativa y de expresión de los genes de
esa célula, producen copias de su material genético y de las proteínas que componen
su cápsida. Estos elementos son ensamblados en el interior de la célula y salen al
exterior para infectar nuevas células. El ciclo replicativo de los virus puede seguir dos
vías diferentes:
Ciclo lítico: en el que los virus después de la infección producen rápidamente nuevos
viriones, con la consiguiente lisis celular. El proceso tiene lugar en varias fases:
- Entrada del virus en la célula huésped: se produce en primer lugar una adsorción,
en la que las espinas caudales o la envoltura membranosa del virus y la célula
huésped entran en contacto físico.
- Penetración: a continuación, el material genético vírico es inyectado al interior de
la célula huésped, si se trata de un virus complejo, o bien es todo el virión el que
penetra por endocitosis, al fusionarse la envoltura membranosa con la membrana
celular. En ocasiones la penetración se produce directamente a través de poros
membranales. De haberse producido la entrada del virión completo, con su
cápsida, es preciso que se produzca en el interior la descapsidación, es decir,
rotura y disolución en el citosol de las proteínas que la componen.
- Eclipse: tiene lugar la replicación del material genético y síntesis de las proteínas
víricas, aunque no se detectan virus completos en el interior celular. Las proteínas
de la cápsida siempre se sintetizan en el citosol, aprovechando la maquinaria de
transcripción y traducción celular. La replicación del material genético tiene lugar
en el citosol cuando la célula huésped es procarionte (bacteriófagos) o se trata de

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ARN-virus. En el caso de los ADN-virus que infectan a células eucariontes, la

replicación tiene lugar obviamente en el núcleo.
- Maduración y ensamblaje: una vez fabricados en la célula huésped los elementos
que componen estructuralmente a los virus, se produce su ensamblaje.
- Liberación: posteriormente tiene lugar la liberación de los nuevos virus mediante la
lisis celular. En ocasiones la liberación puede producirse lentamente mediante
gemación. Es en este momento cuando los virus adquieren la envoltura
membranosa que los recubrirá.

Ciclo lisogénico: se produce en algunos bacteriófagos, en los llamados virus atenuados

o atemperados, todos con ADN como material hereditario, como una alternativa al
ciclo lítico visto antes. Tiene lugar la integración del ADN del virión en el ADN celular
en forma de profago o provirus, que puede permanecer en forma latente durante
mucho tiempo. Esto implica que cuando la célula se divida normalmente, lo hará con el
ADN vírico incluido, por lo que todas las células obtenidas lo llevarán en su genoma y la
infección se amplificará enormemente. Cuando algún factor externo hace salir de ese
estado de latencia al profago, se pone fin a este estado y se produce la activación del
profago, iniciándose un ciclo lítico.

Son una excepción los retrovirus, que realizan un proceso diferente al descrito en los
apartados anteriores. Recordemos que los retrovirus (VIH, gripe,...) son ARN-virus que
contienen dos hebras iguales de ARN monocatenario. Estos virus contienen además la
enzima retrotranscriptasa o transcriptasa inversa que se encarga de sintetizar ADN a
partir de ARN. La descripción esquemática del ciclo de un retrovirus (y el del VIH en
particular) es la siguiente:

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9.2. VIROIDES
Son agentes infectivos muy pequeños patógenos que afectan a los vegetales. Están
sólo compuestos por cortas moléculas circulares de ARN monocatenario (200 a 300
nucleótidos), sin cápsida ni protección de ningún tipo. Tienen una estructura
secundaria peculiar que los hace asemejarse a una doble hélice de ADN circular de
pequeño tamaño. Una vez en el interior de la célula huésped es replicado por la ARN
polimerasa, generándose copias del viroide. No contiene información para proteínas,
por lo que su capacidad patogénica viene dada muy posiblemente por la interacción
que pueda ejercer con su presencia en el genoma propio de la célula.

9.3. PRIONES
Fueron descubiertos y descritos inicialmente en ovejas por Stanley B. Prusiner, lo que
le valió el premio Nobel en 1997. Se trataba de partículas proteínicas infecciosas que
afectaban a animales mamíferos (incluido el ser humano) formadas por tan solo una
proteína con su estructura modificada con respecto a la estructura de la proteína
original.

Más tarde se descubrió un gen humano que codifica para una proteína similar y que
aparece en dos formas, ambas con una secuencia de aminoácidos idéntica aunque con
una estructura diferente: la proteína normal o PrPc y la proteína infecciosa o PrPsc.

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Estos estudios llevaron a la hipótesis de la proteína sola que propone que la presencia
de la proteína infecciosa o prión provoca un cambio estructural en las proteínas
normales que están en contacto con ella, lo que las transforma en infecciosas. Esta
transformación tiene un efecto acumulativo, es decir, se induce con más intensidad
cuanto mayor es el número de unidades del prión presentes, o lo que es lo mismo,
cuantas más copias del prión hay en el tejido infectado más rápido se desarrolla la
enfermedad.

Provocan un tipo de enfermedades gravísimas, normalmente mortales que se

denominan genéricamente encefalopatías subagudas espongiformes transmisibles
(TSEs). Entre estas, las más estudiadas son la encefalopatía espongiforme bovina
(BSE) o “enfermedad de las vacas locas” que afecta a estos animales, la “tembladera
bovina” o prurito lumbar o scrapie, que afecta a las ovejas, o la enfermedad de
Creutzfeldt-Jakob (CJD) en humanos.

10.MICROORGANISMOS EN LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

En los ecosistemas, los microorganismos se encuentran en todos los niveles tróficos:
- Microorganismos productores: fotoautótrofos como cianobacterias y algas, y
quimioautótrofos como por ejemplo bacterias oxidantes del azufre.
- Microorganismos descomponedores: heterótrofos que se alimentan de detritos
orgánicos procedentes de otros seres vivos del ecosistema. Principalmente hongos
y bacterias. Son muy importantes puesto que reciclan la materia orgánica a
inorgánica.
- Microorganismos simbióticos: que viven asociados a otros seres vivos , como las
bacterias Rhizobium (en los nódulos de las raíces de plantas leguminosas), los
líquenes (alga y hongo) o las micorrizas (planta y hongo).

En los ecosistemas la materia se mantiene prácticamente constante ya que los

bioelementos circulan de forma cíclica por la biosfera, pasando de la forma inorgánica
a la orgánica y viceversa constantemente en lo que constituye los ciclos
biogeoquímicos. En estos ciclos los microorganismos tienen un papel muy importante
que vamos a ver en este tema. Estate muy atento a la explicación de los esquemas de
los ciclos que veremos en clase.

10.1. CICLO DEL CARBONO

Los principales acontecimientos que tienen lugar en este ciclo son los siguientes:
- Reducción del CO2: Los productores autótrofos incorporan el CO 2 en la materia
orgánica mediante fotosíntesis oxigénica (cianobacterias y algas unicelulares) o
anoxigénica (bacterias sulfurosas rojas y verdes), o mediante quimiosíntesis
(bacterias quimiosisntéticas).
- Respiración: Oxidación del carbono orgánico generado nuevamente hasta CO 2,
mediante la respiración aerobia o anaerobia, por los propios organismos
productores y por los consumidores, para obtener energía.
- Descomposición: Los organismos descomponedores (bacterias y hongos) utilizan el
carbono orgánico de la materia orgánica en descomposición y excrementos y lo

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regeneran a su forma oxidada, es decir CO 2, mediante la respiración aerobia o

mediante fermentaciones.

10.2. CICLO DEL NITRÓGENO

El nitrógeno es fundamental en la composición de proteínas y ácidos nucleicos, y sin
embargo, a pesar de ser el gas más abundante en la atmósfera (alrededor del 78%), es
muy escaso en sus formas inorgánicas combinadas solubles en agua (nitratos, nitritos,
amoniaco,…) a disposición de los autótrofos. Los acontecimientos de importancia que
se producen en este ciclo son los siguientes:
- Fijación y amonificación (reducción) del nitrógeno: reducción del gas nitrógeno a
ion amonio (amoniaco) por bacterias fijadoras del nitrógeno (Azotobacter,
Cianobacterias, Bacillus, Clostridium, Rhizobium,…).
- Nitrificación: conversión, mediante bacterias aerobias, del amoniaco a nitritos
(Nitrosomonas, Nitrosoccocus,…) y de nitritos a nitratos (Nitrobacter,…)
- Reducción fotosintética del nitrógeno: microorganismos autótrofos incorporan los
nitratos a la materia orgánica en forma de aminoácidos.
- Amonificación: los compuestos orgánicos se degradan hasta amoniaco mediante
bacterias amonificantes del género Bacillus.
- Desnitrificación: proceso de conversión, mediante respiración anaerobia, de los
nitratos en gas nitrógeno, que se libera nuevamente a la atmósfera, mediante las
bacterias desnitrificantes (Pseudomonas, Microccocus,…).

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11.BIOTECNOLOGÍA MICROBIANA
La utilización de microorganismos en procesos industriales es en realidad muy antigua,
puesto que se vienen utilizando en la fabricación de bebidas alcohólicas, pan, yogurt,
queso, … desde hace muchísimos siglos. Hoy en día el conjunto de técnicas que utilizan
a los microorganismos para usos industriales es lo que se denominamos biotecnología,
concepto ya visto ampliamente en el tema de la ingeniería genética. Repásate los
temas anteriores para tenerlo más fresco.

11.1. INDUSTRIA ALIMENTARIA

Son muchos y variados los sectores que utilizan microorganismos para la fabricación de
alimentos, aunque generalmente se reducen a un proceso fermentativo:
- Fermentación láctica: para la elaboración de derivados de la leche, como el yogurt,
cuajada, kéfir, etc, simples fermentados de leche. El proceso ya lo vimos
anteriormente en el tema sobre catabolismo.
En el caso del queso la elaboración es más compleja ya que debe realizarse una
primera fase de fermentación por bacterias (géneros Lactobacillus y Streptococcus)
o por la acción de enzimas proteolíticas (cuajo o renina) procedentes del estómago
de rumiantes, para obtener una “cuajada”. Esta masa se deshidrata y se
posteriormente se somete a una curación por la acción de otras bacterias
(Micrococcus) y de algunos hongos (Penicillium) que actúan sobre ella, dándole las
características típicas de sabor, aroma y textura propias de cada tipo de queso.
La mantequilla también se fabrica por un proceso de fermentación de la nata de la
leche. Lo realizan de forma combinada dos tipos de bacterias, primero
Streptococcus se encarga de la fermentación, y posteriormente Leuconostoc
sintetiza las sustancias que de dan el aroma y sabor característicos. Tras ambos
procesos, el resultado se bate para obtener la mantequilla.
Repasa el balance energético y el proceso de fermentación que vimos en los
primeros temas de metabolismo.
- Fermentación alcohólica: para la elaboración de bebidas como el vino, cerveza,
sidra,… y también del pan.

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El pan se obtiene por la fermentación de una masa obtenida con harina, agua y sal
mediante la levadura Saccharomyces cerevisae. La liberación de dióxido de
carbono provoca que la masa se espoje al quedar atrapadas en ella las burbujas de
CO2. El alcohol producido se pierde en la cocción.
El vino también se produce con la misma levadura, aunque en este caso son los
azúcares presenten en el mosto de la uva los que son fermentados para producir la
bebida alcohólica. La cerveza utiliza las semillas de cebada, previamente
germinadas, para realizar el mismo proceso. Después de mezclarlo con lúpulo, se
produce la fermentación por Saccharomyces cerevisae.

11.2. INDUSTRIA FARMACÉUTICA

Para la obtención de sustancias de interés médico y farmacológico a gran escala y con
un menor coste económico:
- Antibióticos: para combatir infecciones bacterianas. Alexander Fleming descubrió
la penicilina en 1929 a partir de cepas del hongo Penicillium. Posteriormente se
han descubierto y desarrollado multitud de antibióticos similares. Algunos
antibióticos se obtienen sin embargo a partir de bacterias, como el género
Streptomyces, de las que se obtienen la estreptomicina, tetraciclina, eritromicina,
cloranfenicol,…
- Vacunas: como medida preventiva ante algunas enfermedades infecciosas. Louis
Pasteur en 1885 obtuvo la vacuna contra la rabia a partir de un cultivo del virus
atenuado que produce la enfermedad. Hoy en día no se obtienen a partir de los
microorganismos atenuados sino de las fracciones de estos que contienen las
moléculas que son las realmente patogénicas, o vacunas recombinantes que
reemplazan los microorganismos por las secuencias concretas del genoma que
codifican para las proteínas que actúan como antígenos; si además en la misma
vacuna introducimos diversos genes, conseguimos vacunas polivalentes que
inmunizan contra más de u agente patógeno. Recuerda lo que sobre esto vimos en
el tema sobre ingeniería genética.
- Sueros: como medida curativa ante enfermedades declaradas en individuos con el
sistema inmune deprimido o alterado. Recuerda que los sueros consisten en un
conjunto de anticuerpos procedente de personas sanas o de animales que se
introducen en la persona enferma para reforzar su sistema inmune y que pueda
responder ante una infección. Sobre esto hablaremos algo más en el tema de
inmunología.
- Otras sustancias: como hormonas (insulina, hormona del crecimiento, hormonas
esteroideas,…); factores de coagulación sanguínea, muy utilizados en el
tratamiento de enfermedades como la hemofilia; enzimas, utilizadas en fármacos;
vitaminas usadas como suplementos alimenticios, aminoácidos, para la industria
alimentaria; etanol, como antiséptico y excipiente de medicamentos; etc,... En casi
todos los casos se obtienen a partir de microorganismos manipulados mediante
procedimientos de ingeniería genética.

11.3. INDUSTRIA AGROPECUARIA

Los sectores ganadero y agrícola se han visto enormemente beneficiados por el avance
de la biotecnología. Algunas de sus utilidades son:

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- Producción de proteínas microbianas como suplemento para piensos: el término

proteína unicelular (PUC) se emplea para referirse a microorganismos tales como
bacterias, levaduras, algas y hongos filamentosos, que son empleados para
alimentación humana o animal, principalmente por su alto contenido en proteínas.
A principios del siglo XX se comenzó a utilizar la levadura Saccharomyces cerevisae
como suplemento proteico en alimentación humana. Actualmente se usa para el
enriquecimiento proteico de piensos para alimentar el ganado, siendo los
microorganismos utilizados más comúnmente bacterias como Methilomonas,
Pseudomonas, Bacillu, Aerobacter,…; levaduras, como Candida utilis,
Saccharomyces cerevisiae,…; hongos filamentosos como Gliocladium, Fusarium; y
algas como Spirulina y Chlorella.
- Producción de insecticidas biológicos: como alternativa a los de origen químico
convencionales, generalmente muy tóxicos por su mayor riesgo de incorporarse a
los órganos vegetales y pasar así a los tejidos humanos. Es el caso de la bacteria
Bacillus thuringiensis, que produce una proteína inocua para el ser humano pero
muy tóxica para los insectos. Basta fumigar las plantas a proteger con esporas y
células de esa bacteria para que al ser ingeridas por los insectos provoquen su
muerte.
- Obtención de plantas y animales transgénicos: es decir organismos (OGM) con
ADN foráneo procedente de otras especies, incorporado al suyo propio. Repasa el
tema sobre ingeniería genética, donde ya hablamos sobre esto.

11.4. MEDIO AMBIENTE

La biodegradación es el resultado de los procesos de digestión, asimilación y
metabolización de compuestos orgánicos, llevado a cabo por microorganismos. Se
basa en el principio de que todo compuesto sintetizado biológicamente puede ser
descompuesto biológicamente. La biodegradación es un proceso natural que permite
la eliminación de compuestos nocivos impidiendo su concentración. La
descomposición puede llevarse a cabo en presencia de oxigeno (aeróbica) o en su
ausencia (anaeróbica).
Por extensión se consideran biodegradables las sustancias capaces de sufrir
biodegradación. En este sentido son especialmente importantes los bioplásticos,
sustancias producidas por algunas bacterias del género Azotobacter capaces de
fabricar, como parte de su metabolismo, polímeros plásticos menos agresivos al ser
biodegradables que los convencionales producidos a partir del petróleo.

Como consecuencia de lo anterior, la biotecnología se aplica en varios aspectos

relativos a la protección del medio ambiente:
- Biorremediación: es decir el uso de microorganismos en la lucha contra la
contaminación, aprovechando la circunstancia de que algunos de ellos son capaces
de captar muchas sustancias tóxicas contaminantes. Una vez captadas las
sustancias perjudiciales, pueden realizar una detoxificación (transformar las
sustancias tóxicas en otras inocuas, como la bacteria Pseudomonas, capaz de
degradar hidrocarburos por lo que se utiliza en tareas de limpieza de depósitos de
refinerías o buques petroleros y mareas negras por vertidos accidentales en el
mar); degradación (transformar una sustancia perjudicial compleja en otras más
sencillas inocuas, como los utilizados como filtros biológicos en el tratamiento de

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aguas residuales, basuras y residuos industriales y agrícolas); o conjugación

(combinar los contaminantes con metabolitos celulares para obtener otras
sustancias inocuas).
- Fitorremediación: se basa en el mismo principio que la biorremediación, pero
utilizando vegetales sobre suelos contaminados para la extracción de los
contaminantes del suelo y del agua, que esas plantas acumularán en sus órganos
vegetativos. Las plantas actúan como filtros biológicos que pueden descomponer o
estabilizar metales pesados o bien degradar componentes orgánicos. Se usa
especialmente para suelos contaminados con metales, plaguicidas, disolventes,
petróleo, lixiviados en vertederos, ...

EJERCICIOS PROPUESTOS
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