ECOLOGÍA

MICROBIANA

María Cecilia Arango Jaramillo

• Ecología: estudio de
las interrelaciones entre
los microorganismos y
entre ellos y el ambiente
ambiente.

María Cecilia Arango Jaramillo

• Los microbios son las criaturas más
minúsculas en la tierra, pero tienen
un impacto enorme en nosotros y en
nuestro ambiente:
– Están en cualquier lugar de nuestro
entorno: suelo, agua y aire.
– En cualquier ecosistema, son los que
están en mayor número y poseen la
mayor capacidad para efectuar cambios

María Cecilia Arango Jaramillo

• La ecología
microbiana es
una disciplina
compleja
debido a la
miríada de
interacciones
de los
organismos.

María Cecilia Arango Jaramillo

 Importancia de la
ecología microbiana

María Cecilia Arango Jaramillo

En los últimos tiempos,
la preocupación por la calidad
ambiental ha tenido como
efecto un mayor interés por la
ecología microbiana

María Cecilia Arango Jaramillo

Los La calidad y la
microorganismos productividad de
son capaces de las aguas
reciclar muchos naturales están
materiales relacionadas, en
 Juegan un papel gran medida, con
clave en la su población
descomposición microbiana
de muchos  el aire limpio, sin
residuos humanos polvo, tiene
e industriales que relativamente
se vierten a pocos
cuerpos de agua o microorganismos
María Cecilia Arango Jaramillo
al suelo
• La seguridad de la  Los
calidad ambiental microorganimos
está íntimamente también pueden
relacionada con la utilizarse como
flora bacteriana indicadores de
presente. calidad ambiental

María Cecilia Arango Jaramillo

El estudio de la ecología microbiana
puede ayudarnos a mejorar
nuestras vidas  vía el uso de
microbios en:
 La restauración ambiental
 La producción del alimento
 La bioingeniería de productos
útiles tales como antibióticos,
suplementos del alimento, y
productos químicos.
María Cecilia Arango Jaramillo
Como los microbios son simples,
proporcionan un modelo para
entender cómo ha evolucionado la
vida.
Fueron los primeros seres vivos en la
tierra, hace 3700 millones de años,
mucho antes de que plantas y
animales multicelulares, que se
desarrollaron hace 600 millones de
años. María Cecilia Arango Jaramillo
 Los microbios se usan para estudiar la
ecología pues proporcionar pistas de
cómo funcionan los ecosistemas
complejos, porque:

Las bacterias son pequeñas


poblaciones grandes pueden ser
estudiadas y reproducidas rápidamente.

María Cecilia Arango Jaramillo

CARACTERÍSTICAS DE LOS
ECOSISTEMAS
MICROBIANOS

•Diversidad de especies microbianas

•Dinámica de poblaciones
•Asociaciones microbianas en
ecosistemas
•Adaptación y mutación
María Cecilia Arango Jaramillo
 Diversidad de especies
microbianas

• Los microbios nos rodean por todas

partes - aire, agua, suelo.
• 1 gramo de suelo contiene
1.000.000.000 microbios  de miles
especies.

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• Muchos años de la
evolución han
creado una
impresionante e
inimaginable
diversidad del
microbios.

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A pesar de su abundancia:
• La mayoría de los tipos de microbios
siguen siendo desconocidos.
• Se estima que conocemos menos el
de 1% de las especie microbianas en
la tierra.
• De más de un millón especies de
bacterias que se sospecha que
existien solo cerca de 4200 están
descritas.
María Cecilia Arango Jaramillo
• Microorganismos en ambiente natural
raramente se encuentran en cultivos
puros.
Las transformaciones químicas
realizadas por consorcios de
microorganismos no pueden
determinarse recopilando las
propiedades bioquímicas de cada
especie en cultivo puro

Esto se debe a ocurren varios tipos de
interacción entre especies, que no se
dan
Maríaen
Ceciliacultivo puro.
Arango Jaramillo
 Dinámica de poblaciones

• Un tipo de microorganismos
prospera en su ambiente sólo
mientras las condiciones son
favorables para su crecimiento y
supervivencia.

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 Un cambio físico o químico , como
agotamiento de nutrientes o cambio en el
pH o la temperatura


hace las condiciones de crecimiento más
favorables para otra especie


el organismo adaptado a las condiciones
prevalencientes antes cede su lugar a un
organismo mejor adaptado a las nuevas.
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 Las condiciones
ambientales tienen un
efecto selectivo sobre las
condiciones microbianas.

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 Asociaciones microbianas en
ecosistemas

Los microorganismos de un ecosistema

presentan asociaciones e interacciones :

 Entre microorganismos
 Entre microorganismos y de organismos
superiores.

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• Entre microorganismos diferentes:
Competencia:
 Antibiosis: Una mixobacteria aislada de un
estanque de peces lisa muchas especies de algas
verdeazules unicelulares o filamentosas y otras
bacterias.
 Escherichia coli y Staphylococcus aureus crecen
bien en cultivo puro pero cuando crecen juntas, S.
aureus crece menos porque E. coli tiene un tiempo
de generación más corto y agota rápidamente los
nutrientes
Mutualismo:
 Interacciones del Microbio-microbio: líquenes
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Interacciones de los microbios con plantas y
animales:

Interacciones Planta-Microbio
 Simbiosis Mutualista: Rhizobium: convierte
el nitrógeno a una forma que puede ser
utilizado por las plantas.
 Parasitismo: enfermedad
Interacciones Animal-Microbio
 Simbiosis Mutualista: Microflora beneficica
del tracto instestinal
 Parasitismo: enfermedad
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 Adaptación y mutación

• La supervivencia y el crecimiento de
una especie dentro de una
comunidad biológica requieren
capacidad para ajustarse a las
condiciones ambientales
cambiantes.

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 Los microorganismos se
• Genotipo: La acomodan a los cambios
información temporales del ambiente
genética de
cada
individuo Mediante la adaptación
fenotípica:
Respuesta del
• Fenotipo:La
microorganismo a
expresión del
cambios temporales
genoma
afectada por 
el medio Está limitada por el
ambiente genotipo.
María Cecilia Arango Jaramillo
• Muchos microorganismos pueden crecer
a lo largo de una amplia gama de
temperaturas.
• Su efectividad metabólica no es la misma
a las temperaturas extremas.
Óptima • La capacidad
adaptativa
está entre los
límites del
genotipo.

Temperatura
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• Hay oportunidades • El mutante es un
para un cambio en organismo
el genotipo como cambiado
resultado de una permanentemente.
mutación. • Si es capaz de
prosperar en el
ambiente, el
mutante se
perpeturará de lo
contrario perecerá.
María Cecilia Arango Jaramillo
• Un caso de cambios genéticos entre
microorganismos es el intercambio de
genes bacterianos en la naturaleza

• Los genes pasan de unas

bacterias a otras con mayor
frecuencia de lo que
pensábamos.
María Cecilia Arango Jaramillo
• A menudo una • Los virus
bacteria transfiere movilizan, genes
sus características de resistencia
de resistencia a cuando extraen un
otras mediante la gen de una bacteria
donación de un y lo inyectan en
plásmido. otra.

• Cuando una bacteria muere,

lihera su contenido al medio
externo y otra bacteria
cualquiera puede apropiarse
de algún gen liberado.
María Cecilia Arango Jaramillo
 Transferencia génica mediante
transducción.

• Se produce entre
bacterias que viven en
el epiliton, o película
gelatinosa, que
recubre las rocas
sumergidas de los ríos
• La transducción acontece cuando un
bacteriófago (virus que infecta a bacterias)
se adhiere a una bacteria y le inyecta su
ADN Robert V.María Cecilia
Miller, Arango Jaramillo
Scientifican american,1998
Robert V.María Cecilia
Miller, Arango Jaramillo
Scientifican american,1998
 Transferencia de plásmidos por
conjugación
• En las bacterias gram-
negativas, una célula
donadora produce
estructuras protuberantes
(pili) que establecen contacto
con una célula receptora,
facilitando así el
acercamiento de las dos
bacterias
Robert V. Miller, Scientifican
amarican,1998 • Se forma un puente (poro)
entre las dos células.
María Cecilia Arango Jaramillo
• a. Se forma el puente
• b. Por el poro pasa a la bacteria receptora una
de las cadenas del ADN del plásmido
• c. Se regenera una molécula de cadena doble
a partir de cada una de las cadenas simples
• d. Concluida la transferencia, las bacterias se
separan
María Cecilia Arango Jaramillo
• En la bacterias
gram-positivas la
conjugación es
similar.
• Pero, para atraerse
las bacterias no
utilizan pili sino
señales químicas.

María Cecilia Arango Jaramillo

 Transferencia de genes por
transformación

• Las células absorben ADN libre liberado por

una bacteria muerta.
• El ADN es atrapado e introducido por un
complejo proteínico en la superficie de la
bacteria.
• Enzimas degradan una de las dos cadenas de
la molécula.
• La otra cadena puede acabar integrándose en
el cromosoma de la bacteria
María Cecilia Arango Jaramillo
 • También
puede ocurrir
en bacterias
gram-
negativas a
través de un
mecanismo
distinto.

Transformación en una bacteria gram-positiva

María Cecilia Arango Jaramillo
Robert V. Miller, Scientifican amarican,1998
 Robert V. Miller, Scientifican amarican,1998
María Cecilia Arango Jaramillo
http://193.146.205.151/web/articulos/articulos.htm
• El dominio de estos
procesos permitirá
reducir los riesgos
que conlleva la
liberación de
microorganismos
genéticamente
modificados al
entorno.

María Cecilia Arango Jaramillo

• En los últimos años se han
multiplicado por decenas:
– Los experimentos de campo con
bacterianas modificadas genéticamente
– Investigaciones más generales sobre la
transferencia de genes entre bacterias
en su medio natural
• Esos experimentos indican que es
improbable que las bacterias
sometidas a manipulación genética
proliferen sin control.
María Cecilia Arango Jaramillo
• Ese tipo de
bacterias suelen
ser frágiles y
mueren con
relativa rapidez. No
es probable, pues,
que sus genes
gocen de muchas
posibilidades para
propasarse.

María Cecilia Arango Jaramillo

Aplicaciones de la
ecología
microbiana

María Cecilia Arango Jaramillo

 Ecología Global
• Los microbios son el fundamento del
sistema Tierra (Gaia), porque son
responsables de la mayoría de los
ciclos de elementos
– Ciclos Geoquímicos Globales
 Carbón
 Nitrógeno
 Hierro
 Azufre

María Cecilia Arango Jaramillo

• Desde un punto de vista global,
las bacterias juegan un rol mucho
más importante que todos los
otros microorganismos:
• son la base de los ciclos de
reciclaje de nutrientes y elementos
del ecosistema

María Cecilia Arango Jaramillo

 • Las algas y
cianobacterias
contribuyen a la
base energética
del los ciclos
mediante la
fotosíntesis

María Cecilia Arango Jaramillo

 • La temperatura media
de la tierra ha estado
aumentando
• Qué papel
constantemente en los
desempeñan
últimos cien años.
los microbios
en el El Niño? • Qué papel
desempeñan los
microbios en la
tendencia al
calentamiento global?

María Cecilia Arango Jaramillo

 Ecología humana
• Somos huéspedes de billones de
microbios que colonizan nuestro
tracto intestinal, nuestra piel, pelo,
dientes.

• El estudio de la microbiota humana

puede aclarar relaciones muy
complejas.
María Cecilia Arango Jaramillo
• La colonizaciónmicrobiana a veces
nos causa problemas cuando resulta
en enfermedad.

María Cecilia Arango Jaramillo

• Aplicación de ecología humana: la
epidemiología
• Aunque también se aplica a plantas
cultivadas y animales domésticos

María Cecilia Arango Jaramillo

 Exobiología
• La vida existe en otra parte del
universo?
• Si hay vida en otra parte en el
universo, probablemente es
microbiana.

María Cecilia Arango Jaramillo

• Noticia en 1996: evidencia de vida
microbiana en el pasado de Marte.
• Continúa la búsqueda para detectar
vida más allá de nuestro propio
planeta continúa.
• Mientras tanto, los microbios
desempeñarán un papel dominante
en ayudarnos exploran y colonizan el
espacio.
María Cecilia Arango Jaramillo
 Reciclaje

• Los microorganismos reciclan la

mayoría de los desechos orgánicos
en la naturaleza en recursos
reutilizables.

María Cecilia Arango Jaramillo

 Los seres humanos han aprovechado la
potencia de los microbios para reciclar en
varios sistemas:

• Tratamiento de desechos: Los microbios se utilizan

en el tratamiento de las aguas residuales para reciclar
nutrientes, recuperación del metano y el control de
enfermedades.
• Tratamiento de residuos animales: Los microbios
limpian los desechos producidos por los animales del
domésticos

María Cecilia Arango Jaramillo

• Compostaje: Es ahora la práctica de moda para
convertir las basuras de la cocina, las fincas, las
plazas de mercado, los mataderos, etc., en un
abono rico para el suelo. Aunque las lombrices
han conseguido muy buena fama por su
contribución al la producción de humus, los
verdaderos obreros de la humificación son los
microbios.
• Compostaje municipal Miles de toneladas de
hojas, recortes de hierba y basuras orgánicas son
compostadas en grandes instalaciones
municipales.
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 Bioremediación
• La degradación ambiental es una de las
peores amenazas a la que debe hacer
frente la humanidad.
• Muchos problemas ambientales se
pueden curar por los microbios.

María Cecilia Arango Jaramillo

• Las bacterias más estudiadas han sido
las patógenas (particularmente para los
humanos y animales domésticos).
• Sin embargo, muchas otras bacterias no
patógenas son del mayor interés
tecnológico, por ejemplo aquellas que
participan en:
– Depuración de aguas servidas o industriales
– Depuración natural en ríos, esteros o lagos
– Descomposición de orgánicos en el suelo y en
rellenos sanitarios (metanogénesis)

María Cecilia Arango Jaramillo

Los microbios se utilizan para
limpiar:

• Bioremediación de residuos tóxicas: Uso

de microbios para la limpieza de
residuos tóxicos.

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• Bioremediación de Residuos industriales
y domésticos: las algas para el
tratamiento de aguas servidas en
lagunas (o pozos), permiten mantener
condiciones de oxígeno disuelto sobre
el valor de saturación en agua en la
fracción superior (menos profunda),
donde penetra la luz solar.

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• Bioremediación derramamientos de
petróleo
• Bioremediation Pesticidas
• Indicadores de calidad ambiental:
Indicador de calidad microbiológica
de aguas es el colifago somático que
se relaciona con contaminación fecal

María Cecilia Arango Jaramillo

 Microbiología de la
alimentación
• Dependemos de los cultivos alimentarios
para el sustento, y estas cosechas
dependen de suelos sanos con su vida
microbiana equilibrada.
• Mucha de la proteína que comemos es el
resultado de la fijación bacteriana del
nitrógeno del aire por microbios tales
como Rhizobium.

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Microbiología de la digestión:
• Los microbios se utilizan como
probióticos, un suplemento de la
digestión que coloniza los intestinos,
previniendo la colonización microbios
causantes de enfermedad.
No son alimento.

María Cecilia Arango Jaramillo

 Biotecnología
• Los microbios se utilizan como
obreros en la producción de muchos
compuestos como:
– Combustible
– Productos farmacéuticos
– Productos químicos.

María Cecilia Arango Jaramillo

• Los microorganismos también se
utilizan en:
– Minería
– En el control de insectos y
enfermedades
– En la ingeniería genética
– Para hacer los biochips del ordenador.

María Cecilia Arango Jaramillo

• Producción del
Combustible -
producción del
etanol para ser
usado como
combustible para
automóviles

María Cecilia Arango Jaramillo

Explotación minera
• Lixiviación de metales de
rocas ricas en hierro por los
microbios.
• El 5% del mineral de cobre
del mundo es producido bio-
lixiviando
• El uranio se mina con la
ayuda de bacterias

María Cecilia Arango Jaramillo

• Biocontrol : uso de microbios para
combatir parásitos y plagas.
• Uso del Bacilo thuriengensis, una
bacteria que produce una toxina
que mata 40 parásitos del plantas

María Cecilia Arango Jaramillo

Biochips para Ordenadores
• Los microorganismos se utilizarán en
el futuro para producir los
microprocesadores a base de
proteínas con más interruptores que
los microchips convencionales.

María Cecilia Arango Jaramillo

Ingeniería Genética
• Algunos microorganismos se
utilizan para llevar genes de unos
organismos a otros
• Agrobacterium utilizada en la
ingeniería genética de plantas.

María Cecilia Arango Jaramillo