Aplicacion De Los Microorganismos

30-4-2019

APLICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS MICROBIOLOGIA 401

ING. EN INNOVACION AGRICOLA SUSTENTABLE Docente: M.C. VIDA MARIEL LOPEZ PEÑUELAS Integrantes del equipo: ASTORGA CABANILLAS ESTEBAN ENRIQUE GALVEZ SEPULVEDA JESUS ALFREDO MEZA LOPEZ DAMIAN ALEJANDRO SOTELO QUINTERO JESUS ALAN VECA CASTRO MARIA JOSE

APLICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS

CONTENIDO INTRODUCCIÓN .................................................................................................... 1 APLICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS ....................................................... 2 MICROBIOLOGIA DEL SUELO. .......................................................................... 2 UTILIZACIÓN INDUSTRIAL DE LOS MICROORGANISMOS. ............................ 4 Producción de alimentos................................................................................... 5 Producción de enzimas..................................................................................... 7 Producción de antibióticos. ............................................................................. 11 UTILIZACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS EN CONTROL BIOLÓGICO. ... 12 APLICACIONES EN MINERIA Y DEPURACION DE AGUAS RESIDUALES. .. 16 INGENIERÍA GENÉTICA. .................................................................................. 19 CONCLUSIÓN. ..................................................................................................... 23 BIBLIOGRAFÍA. .................................................................................................... 24

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INTRODUCCIÓN. La sociedad humana se beneficia de los microorganismos de muchas formas. Son necesarios para la elaboración de pan, queso, cerveza, antibióticos, vacunas, vitaminas, enzimas y otros productos importantes. Los microorganismos son componentes indispensables de nuestro ecosistema. Gracias a ellos se desarrollan los ciclos del carbono, oxigeno, nitrógeno y azufre, que tienen lugar en los sistemas terrestres y acuáticos. Son también fuente de nutrientes en la base de todas las cadenas alimentarias y redes ecológicas. Los microorganismos han sido los primeros en aparecer en la evolución, y constituyen seguramente la mayor parte de la biomasa de nuestro planeta. Se calcula que sólo hemos descrito menos del 10% de los microorganismos existentes, por lo que los biólogos tienen una gran tarea por delante para estudiar esta parte de la biodiversidad. Los microorganismos se encuentran en los más diversos ambientes y materiales cumpliendo funciones beneficiosas o perjudiciales. Diversos tipos de microorganismos son causantes de enfermedades de plantas y animales y al igual que nosotros. Existen una serie de características que comparten todos los microorganismos y que suponen ciertas ventajas para su uso en la industria por lo que es de gran importancia tener en cuenta que los microorganismos también pueden afectarnos en el aspecto económico.

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APLICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS MICROBIOLOGIA DEL SUELO. El suelo se forma a partir de las rocas mediante un proceso complejo en el que intervienen fuerzas físicas, químicas y biológicas, que primero reducen la roca a regolito (fragmentos de roca) y después a suelo. Los cinco principales factores que participan en la formación de suelo son el material original, el clima, la topografía, la actividad biológica y el tiempo. El suelo contiene unas comunidades microbianas de gran diversidad y, por definición, soporta el crecimiento de las plantas. Los microorganismos contribuyen en gran manera a la fertilidad del suelo, es decir, a su capacidad para sostener el crecimiento vegetal. A su vez, las plantas ejercen una notable influencia sobre las comunidades microbianas de los suelos. La cubierta vegetal del suelo es un factor importante para la determinación del tipo y la cantidad de microorganismos presentes. Los exudados de las raíces y las partes senescentes de las plantas son una fuente esencial de nutrientes para los microorganismos del suelo. La rizosfera y las interacciones que se dan en las micorrizas, así como la susceptibilidad vegetal a los patógenos, ejercen una influencia selectiva en las comunidades microbianas del suelo. Propiedades Microbiológicas Del Suelo: •

Propiedades físicas. Cuando los suelos se forman a partir de regolito, se desarrolla típicamente una serie de capas u horizontes, que son el resultado de diversos procesos de meteorización. Los grupos O, u horizontes orgánicos, se desarrollan sobre el suelo mineral y contienen la materia orgánica conocida como humus; estos horizontes se forman a partir de los residuos animales y vegetales depositados en la superficie.

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Independientemente de los horizontes, los suelos contienen proporciones variables de arcilla, aluviones y partículas de arena (Brady 1984). La proporción de estas partículas de diferente tamaño constituye la textura del suelo, la cual es una propiedad importante para la ecología de los microorganismos, ya que determina el área de la superficie disponible como hábitat para el crecimiento de los microorganismos. •

Propiedades químicas. Las propiedades químicas del suelo son un factor esencial para los microorganismos. La materia orgánica del suelo procede de los restos de plantas, animales y microorganismos. Las sustancias húmicas son la porción de la materia orgánica del suelo que ha estado sometida a una transformación suficiente como para que el material resultante sea irreconocible. El material húmico presente en suelos minerales suele constituir menos del 10 por ciento del peso del suelo.

Los compuestos húmicos son polímeros de composición no específica de los que, como mucho, podemos establecer sólo el tipo de estructura. Un ejemplo de la actividad microbiológica en el suelo podrían ser los agroecosistemas ya que desde tiempos antiguos se ha demostrado no necesariamente requieren del ingreso de energía química. Otro ejemplo de esto es el agroecosistema de bajo ingreso externo que se tiene en Tamulté de las Sabanas, Tabasco, donde se utiliza la rotación de Stizolobium deeringianum [sinonimiade Mucuna pruriens (L.). var Utilis, cuyos residuos son incorporados al suelo, posteriormente se siembra maíz y calabaza en asociación; además, no se realizan aplicaciones de fertilizantes ni plaguicidas y no se hace labranza alguna. La sostenibilidad de los agroecosistemas se fundamenta en las regulaciones biológicas que se establecen en el de tal forma que la diversidad existente permite que los organismos que la conforman sean regulados por la presencia de antagonistas. Con ello, la presencia de microorganismos simbióticos en las plantas favorece su mejor nutrición, al tiempo que les confieren un efecto de protección directa o indirecta ante el ataque de patógenos. Los hongos micorrízicos y otros filamentosos, son ejemplos de microorganismos simbióticos mutualistas, al igual

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que las bacterias de diversa actividad fisiológica que favorecen el crecimiento y nutrición de algunas plantas. Bajo condiciones normales, los patógenos del suelo juegan un papel importante en el ecosistema agrícola, pues ayudan a la descomposición del tejido vegetal. El brote

severo de enfermedades es síntoma de desequilibrio en un sistema; puede ser exceso o deficiencia de un nutriente, carencia de diversidad genética o resultados del monocultivo como método de producción. Este desequilibrio permite el desarrollo de una población enorme de un solo tipo de organismos parásitos, con graves consecuencias. El control biológico, que emplea organismos del suelo, funciona a través de varios métodos de acción como: exclusión competitiva, hiperparasitismo (dominado por parásitos), producción natural de antibióticos, sistema de resistencia adquirida y sistema de resistencia inducida. UTILIZACIÓN INDUSTRIAL DE LOS MICROORGANISMOS. Esto representa una alternativa viable para el desarrollo industrial sustentable, ya que provee las herramientas necesarias para adaptar y modificar organismos, productos, sistemas y procesos naturales para mejorar el quehacer industrial, haciéndolo más rentable, diverso y amigable con el entorno de lo que pueden ser los procesos químicos y físicos tradicionales. En este sentido, los microorganismos constituyen la opción más prometedora como fuente de biomoléculas con capacidad biocatalizadora, capaces de soportar condiciones drásticas de proceso y cuyo uso comercial puede conducir a la sustentabilidad industrial.

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Producción de alimentos. Los microorganismos se pueden utilizar como alimento para las personas o para los animales, pueden ser fuente de enzimas que se utilizan para tratar los alimentos, y pueden elaborar sustancias que se añaden a los alimentos. A pesar de que se han aconsejado varias especies de microorganismos para ser consumidas por el hombre, entre las que se incluyen levaduras, mohos y algas, hasta la fecha solamente las levaduras se han utilizado como alimento hasta cierto punto, y en todo caso en circunstancias no habituales. Se informa de que en la actualidad existen en funcionamiento plantas industriales que producen levaduras destinadas tanto a la alimentación humana como a la alimentación animal, en Alemania, en Suiza, en Finlandia, en la Unión Surafricana, en Jamaica, en Formosa, y en los Estados Unido. La producción de este tipo de alimentos tiene interés en aquellas zonas en las que existen abundantes provisiones de hidratos de carbono baratos y escasez de proteínas y de vitaminas. La expresión proteína unicelular (SCP) está admitida de forma universal para designar a las células microbianas (primarias) cultivadas y cosechadas para ser destinadas a la alimentación de los animales o de las personas. AI parecer, las denominaciones proteína bacteriana, proteína de las algas, y proteína microbiana son menos atractivas que el término proteína unicelular. La investigación sobre la SCP ha experimentado un impulso en vistas de la consiguiente crisis o escasez de alimentos que sobrevendrá si no se controla la población mundial.

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Las levaduras probablemente sean los microorganismos más apropiados y más utilizados para producir SCP. Entre las levaduras que se utilizan con esta finalidad se incluyen cepas de Candida utilis (levadura torula), la cual se multiplica rápidamente, utiliza tanto las pentosas como las hexosas, y sintetiza sus propios factores accesorios de crecimiento a partir de compuestos sencillos, que hacen posible su producción a partir de materias primas que son medios de cultivo relativamente pobres. Las condiciones óptimas para producir levaduras dependen tanto de la especie de levadura como de la materia prima que se utilizan. Las levaduras que se utilizan como alimento son ricas en proteínas y en la mayoría de las vitaminas del complejo B, aunque es posible que carezcan de metionina y tal vez de cisteína. Asimismo, es posible que el contenido de tiamina sea inferior al de las levaduras secundarias, y carecen de vitamina B12. Las levaduras que se utilizan como alimento aportan cantidades variables de tiamina, riboflavina, biotina, niacina, ácido pantoténico, piridoxina, colina, estreptogenina, glutation y, tal vez, ácido fólico y ácido p-aminobenzoico. El valor nutritivo de la SCP depende del microorganismo utilizado para obtenerla. En los distintos cultivos ensayados, los valores correspondientes a la digestibilidad de la proteína, expresados en porcentajes. El sistema de obtención de los microorganismos, su desecación, y los distintos tratamientos a que se someten, influyen en el valor nutritivo del producto acabado. Producción de enzimas. Los biocatalizadores de las proteínas, denominados enzimas, utilizados por las células vivas, son responsables de numerosas reacciones metabólicas celulares. La utilización de los enzimas microbianos, si bien sólo hace poco tiempo que se conocen, ha ido progresando a lo largo de siglos. Como quiera que los microorganismos son responsables de las fermentaciones de la cerveza, del vino, del pan, del queso, y de varias hortalizas, todos estos procesos constituyen ejemplos de transformaciones mediadas por células o de aplicaciones de los enzimas. La tecnología actual hace posible aislar, purificar, e incluso inmovilizar

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(unir a un determinado sustrato) el enzima específico que se necesita para la función deseada. En la tabla se indican varios enzimas que se utilizan en las industrias de alimentos fermentados y sus respectivas procedencias, y a continuación se hace un estudio de algunos de los grupos de enzimas más importantes:

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Amilasas. Enzimas que hidrolizan los almidones, según su forma de actuar sobre las moléculas de almidón, se clasifican en varios tipos. El almidón está compuesto de dos glucanos: la amilosa de cadena lineal, que contiene unidades de D-glucosa unidas por enlaces a-1,4, y la amilopectina ramificada que, además, contiene enlaces 1,6 en los puntos de ramificación. Aplicaciones: En las industrias alimentarias, las amilasas fúngicas se han empleado para eliminar el almidón de los extractos de frutas, por ejemplo, en la producción de pectina a partir del bagazo de manzanas; para clarificar la turbiedad debida al almidón en los vinos, en la cerveza, y en los zumos de frutas; para convertir en jarabes dulces los almidones modificados mediante ácido Invertasa. La invertasa cataliza la hidrólisis de la sacarosa a glucosa y a fructosa. La invertasa de las levaduras es una fructosidasa porque ataca el extremo de fructosa de la molécula de sacarosa, en contraposición a la glucosidasa de los mohos, que ataca el extremo de glucosa. A escala industrial, la invertasa se produce principalmente mediante el cultivo de cepas especiales de Saccharomyces cerevisiae (levadura que crece en profundidad) en un medio que contiene sacarosa, una sal amónica, tampón de fosfato y otras sales minerales, que se ajusta a un pH 4s. Aplicaciones: La invertasa se utiliza en la industria de pastelería para fabricar azúcar invertido con el fin de preparar licores y helados en los que se debe impedir la cristalización de los azúcares por encontrarse en concentraciones elevadas. Enzimas pectolíticos. La pectina, que es ácido poligalacturcinico metilado, tiene importancia en las industrias alimentarias por su capacidad para formar geles con un azúcar y un ácido. Esta propiedad es deseable en las gelatinas, pero no lo es en los zumos de frutas. La mayoría de los autores coinciden en que en la hidrólisis de la pectina intervienen principalmente dos enzimas: la pectinesterasa, que hidroliza la pectina a metano 1 y el ácido poligalacturcinico (ácido péptico), y la poligalacturonasa, que hidroliza el

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ácido poligalacturcinico a ácido monogalacturcinico. La ulterior hidrólisis produciría azúcares y otras sustancias. Aplicaciones: Las pectinasas obtenidas de extractos vegetales o de mohos se utilizan en las industrias alimentarias para clarificar zumos de frutas, vinos, vinagres, jarabes y gelatinas que pueden contener sustancias pépticas en suspensión. El tratamiento de los zumos de frutas con pectinasa contribuye a evitar que se gelifiquen después de su concentración. Enzimas proteolíticos. Los enzimas proteolíticos, o proteasas, incluyen las proteinasas, que catalizan la hidrólisis de la molécula de proteína en largos fragmentos, y las peptidasas, que hidrolizan estos fragmentos polipeptídicos hasta dejarlos convertidos en cadenas más cortas de aminoácidos. Los preparados de enzimas proteolíticos de origen microbiano son proteasas, es decir, mezcla de proteinasas y peptidasas. Aplicaciones: Las proteasas microbianas se utilizan principalmente por su actividad proteinásica. Lay proteasas bacteriana se han utilizado en la digestión del hígado de los pescados para liberar el aceite de hígado de pescado, para ablandar la carne, y para clarificar y madurar las bebidas de malta. Las proteasas fúngicas se emplean en la claboraci6n de la salsa de soja y otros alimentos orientales fermentados y se pueden añadir a la masa de pan, en la que, junto con la amilasa contribuyen a darle consistencia. Glucosaoxidasa La glucosaoxidasa se produce mediante el cultivo sumergido de Aspergillus niger o de otro moho. Aplicación: Se utiliza para eliminar la glucosa de la clara de huevo o de los huevos completos con el fin de facilitar su desecación, para evitar que se alteren, y para mejorar las propiedades del batido (de las claras de huevo una vez reconstituidas). También se ha empleado para prolongar la vida útil de las bebidas no alcoh6lia.s enlatadas por retardar la captación de hierro y la debilitación de su color.

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Otros enzimas. Se ha aconsejado el empleo de celulasa, enzima que cataliza la hidrólisis de la celulosa a celulodextrinas y glucosa, para producir más azúcar fermentescible en las masas de los fabricantes de cerveza, para clarificar los zumos y concentrados de naranja y de limón, y para ablandar las judías verdes. •

La lipasa microbiana elimina la grasa de los restos de yema de huevo de la clara desecada, coopera con las esporas de algunos mohos para producir el sabor del queso azul, y contribuye a producir el sabor del chocolate con leche.

•

El dextrano sacarasa aumenta la viscosidad por producir dextrano en los alimentos que contienen sacarosa. Se está prestando especial atención a los enzimas que comunican sabor a los alimentos, tanto por lo que se refiere a los enzimas de los alimentos frescos como a las enzimas microbianas.

•

La lactasa puede encontrar aplicación para hidrolizar lactosa del suero lácteo a glucosa y galactosa, las cuales son azúcares menos laxantes.

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La catalasa, enzima que desdobla el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno, se prepara comercialmente a partir de Aspergillus niger.

•

La glucosa isomerasa convierte la glucosa en fructosa y se utiliza en la industria de molinería del maíz. Comercialmente, se utilizan especies del género Streptomyces o Bacillus coagulans.

Producción de antibióticos. Los medicamentos más importantes producidos por microorganismos son los antibióticos, sustancias químicas que matan o inhiben el crecimiento de otros microorganismos y que han reducido la peligrosidad de muchas enfermedades infecciosas. La industria farmacéutica ha utilizado siempre diferentes organismos para

obtener

medicamentos.

Actualmente

se

realizan

campañas

de

experimentación de productos obtenidos a partir de diferentes seres de los océanos o de las selvas. Uno de los peligros de la pérdida de la biodiversidad es que desaparezcan organismos que podrían proporcionarnos nuevos remedios contra diferentes enfermedades.

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Los antibióticos comercialmente útiles están producidos, sobre todo, por hongos filamentosos y por algunas bacterias. Algunos antibióticos inhiben la síntesis de la pared celular de las bacterias: es el grupo de las penicilinas. Otros interfieren en la síntesis de proteínas de las bacterias; entre ellos destacan la estreptomicina y las tetraciclinas. La investigación de los antibióticos se centra ahora en comprender su mecanismo de acción para construir derivados artificiales que sean más eficaces. Este tipo de antibióticos se denominan “antibióticos semisintéticos”. En esta tarea de diseñar medicamentos se utilizan métodos de simulación por ordenador que permiten predecir la eficacia de una determinada molécula. Una vez identificado un compuesto prometedor, hay que sintetizarlo y ensayarlo clínicamente. En la siguiente relación vemos algunos de los antibióticos más habituales, su espectro de utilización y su modo de acción: ❖ Ampicilina: Bacterias gram + y gram (-). Interfiere síntesis de pared celular. ❖ Bacitracina: Bacterias gram +. Interfiere síntesis de pared celular. ❖ Cefalosporina C: Bacterias gram +. Interfiere síntesis de pared celular. ❖ Penicilina G: Bacterias gram +. Interfiere síntesis de pared celular. ❖ Cloranfenicol: Amplio espectro. Interfiere síntesis de proteínas. ❖ Tetraciclina: Amplio espectro. Interfiere síntesis de proteínas.

❖ Estreptomicina: Bacterias gram +

y gram (-). Interfiere síntesis de

proteínas. ❖ Eritromicina: Bacterias gram + y Rickettsias. Interfiere síntesis de proteínas.

UTILIZACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS EN CONTROL BIOLÓGICO. El control biológico de plagas y de agentes patógenos mediante el uso de microorganismos es una aplicación innovadora de la ecología microbiana, que tiene además importancia económica. El empleo controlado de microorganismos para provocar enfermedades en las poblaciones causantes de plagas puede reducir la dependencia de la agricultura de los plaguicidas químicos. Las interacciones negativas (amensalismo, depredación y parasitismo) entre las poblaciones bacterianas y entre los microorganismos y organismos superiores han sido siempre

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la base natural del control biológico de plagas y patógenos. Los procedimientos biológicos para controlar las poblaciones de organismos patógenos y plagas modifican las poblaciones del organismo hospedador y/o las del vector, las reservas de patógenos utilizan directamente los patógenos microbianos y depredadores. La biotecnología puede mejorar las técnicas de control de plagas y de poblaciones de organismos patógenos. Debido al aumento de la contaminación por productos químicos tóxicos, como plaguicidas y herbicidas, las alternativas para eliminar las poblaciones de plagas se han convertido en un objeto prioritario de la investigación. En la actualidad se utilizan métodos de control ecológico para limitar el impacto destructivo de las poblaciones de plagas, especialmente en agricultura. Los métodos de control biológico aprovechan las relaciones existentes de amensalismo, depredación y parasitismo que normalmente atacan las poblaciones de plagas y a menudo implican la liberación intencionada de patógenos o de toxinas dirigidas a plagas específicas. – La utilización de insectos como agentes de control biológico es probable que aumente ya que los agricultores buscan nuevas alternativas a los plaguicidas químicos. Para determinar la eficacia de la utilización de un control biológico se recomienda realizar un análisis de los posibles riesgos. – La utilización de bioplaguicidas microbianos depende de varios factores como la especificidad del huésped, el hábitat, la capacidad de control de la plaga o del patógeno y la susceptibilidad a las variables ambientales. Los métodos de control biológico pueden aumentar el empleo de plaguicidas químicos en el control de las poblaciones causantes de plagas. Los virus, las bacterias y los hongos son microorganismos que presentan un gran potencial para controlar las poblaciones de animales causantes de plagas y de malas hierbas. Modificación de las poblaciones hospedadoras. Las poblaciones hospedadoras tienen mecanismos de defensa naturales que las protegen de la infección de los patógenos y de los ataques de plagas, y estos

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mecanismos de defensa se pueden aumentar para controlar la enfermedad. Se pueden cultivar plantas y criar animales para que sean resistentes a la infección mediante una exposición previa a patógenos microbianos muertos o atenuados. Ambos casos representan un cambio ecológico en el que la capacidad de la población patógena de establecer una relación antagonista con la población hospedadora está reducida. Algunos brotes de enfermedades de plantas y de animales se pueden controlar reduciendo o eliminando los reservorios de microorganismos patógenos. Las plantas cultivadas pueden plantarse espaciadas para reducir el riesgo de transmisión del agente infeccioso. Inmunización. Muchas poblaciones animales están inmunizadas para reducir las poblaciones susceptibles; si se consigue la inmunidad del grupo se pueden evitar las principales epizootias. El control de las poblaciones de vectores a menudo puede prevenir la transmisión de poblaciones microbianas a huéspedes susceptibles. Modificación de los reservorios de patógenos Para algunas enfermedades, el control se consigue mediante la eliminación de las poblaciones de animales o plantas que actúan como huéspedes alternativos de los patógenos. Las cuarentenas se utilizan para limitar la distribución geográfica de patógenos y plagas. Estas prácticas tienen como objetivo reducir las posibilidades de que individuos sanos entren en contacto con microorganismos causantes de enfermedades. Se utiliza una variedad de técnicas de desinfección y de aislamiento para reducir los reservorios de los microorganismos patógenos. Amensalismo y parasitismo microbianos para controlar los patógenos microbianos. Se ha utilizado el amensalismo para controlar varios hongos patógenos de plantas. Diversas bacterias y metabolitos microbianos se utilizan contra patógenos fúngicos de plantas. Las poblaciones bacterianas también se pueden controlar mediante el amensalismo. Por ejemplo, las agrocinas, sustancias muy específicas parecidas a los antibióticos, se utilizan contra poblaciones de Agrobacterium, que causa la agalla de corona. El parasitismo se utiliza de manera similar para controlar hongos

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patógenos de plantas y malas hierbas. Los plaguicidas microbianos están compuestos por microorganismos vivos o por toxinas microbianas con capacidad para matar a poblaciones causantes de plagas. El plaguicida microbiano ideal no debería ser susceptible al ataque de hiperparásitos; debería ser virulento y causar la enfermedad en la población plaga cuando se aplica a las concentraciones recomendadas; no debería ser sensible a variaciones moderadas del ambiente; debería sobrevivir tras la aplicación hasta que la infección se haya establecido en la población que causa la plaga; debería establecer rápidamente la enfermedad en dichas poblaciones para minimizar la destrucción causada por éstas; debería ser específica para la población causante de la plaga y no debería causar enfermedad en ninguna otra especie distinta a la destinataria. Patógenos microbianos y depredadores para controlar plagas de plantas y animales. Se ha considerado gran variedad de microorganismos para su utilización como plaguicidas microbianos. Los baculovirus son tal vez los virus de insectos más estudiados para tal fin. Se han utilizado los virus de la poliedrosis nuclear para controlar varias poblaciones de insectos como los falsos gusanos (himenópteros tentredínidos). En el control del escarabajo japonés se utiliza una mezcla de Bacillus popilliae y B. lentimorbus. Probablemente el plaguicida microbiano más utilizado sea Bacillus thuringiensis o BT, que produce toxinas cristalinas que son eficaces en la eliminación de diversas plagas, especialmente orugas que comen plantas y también en el control de la lagarta. Otros microorganismos que pueden llegar a usarse como plaguicidas contra diversas plagas de nematodos son los hongos depredadores y diversos virus que se han utilizado para controlar poblaciones de conejos.

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APLICACIONES EN MINERIA Y DEPURACION DE AGUAS RESIDUALES Se denomina biohidrometalurgía al tratamiento de recuperación de metales de interés económico a partir de minerales sulfurados, utilizando microorganismos. Es una tecnología que ha cobrado mayor importancia en las últimas décadas, tanto desde el punto de vista científico como tecnológico por sus aplicaciones actuales, y mayores

oportunidades

futuras,

para

varios

procesos

industriales.

Los

microorganismos acidófilos que son utilizados en estos procesos tienen capacidad de oxidar minerales de hierro y azufre. Es una de las pocas tecnologías basadas en el uso de microbios que ha llegado a ser implementada industrialmente con éxito en el procesamiento de minerales de baja ley. A medida que se agotan las reservas de petróleo y de minerales, se hacen necesarios procedimientos innovadores y económicos que permitan recuperar el petróleo y los metales de los depósitos pobres que, por razones técnicas o económicas, todavía no se ha intentado recuperar. La actividad microbiana puede aplicarse a la recuperación de metales en menas de baja calidad. Thiobacillus y otras bacterias oxidadoras de azufre o de hierro se emplean actualmente en algunas operaciones de extracción de metales para aumentar la recuperación de cobre y de uranio. Asimilación microbiana de metales. Además de la aplicación de los microorganismos para la biolixiviación de metales, se ha considerado usarlos como bioacumuladores de metales en soluciones diluidas. Un gran número de bacterias, levaduras y algas acumulan iones metálicos en sus células hasta concentraciones varios órdenes de magnitud por encima de la concentración de ese metal en el medio. El mecanismo de acumulación puede incluir la absorción intracelular y el almacenado mediante un sistema de transporte activo de cationes, unión a la superficie y algunos mecanismos todavía no conocidos.

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Biolixiviación Mineral. La Biolixiviación llevada a cabo por tiobacilos y otras bacterias oxidadoras del hierro relacionadas con los tiobacilos contribuye en gran manera a la recuperación del cobre, que es un proceso de importancia comercial. El proceso de recuperación se basa generalmente en la transformación del sulfuro de hierro (pirita) asociado al recurso mineral. El metal insoluble se transforma, por oxidación microbiana directa o indirecta, en un sulfato del metal que es soluble en agua y puede Biolixiviarse del depósito de mineral para su recuperación. La práctica de la Biolixiviación para la recuperación de un metal depende de la economía del proceso y del valor del mineral que se recupera. La bioacumulación de metales por los microorganismos puede ser otro mecanismo para aumentar la recuperación de metales. Tratamiento de aguas residuales. Los microorganismos juegan un papel importante en todo proceso de depuración de aguas residuales. De manera general, los desechos líquidos procedentes de diferentes sectores industriales (agroindustria, alimentaria, alguna petroquímica…) y de las aguas negras municipales, son tratados por vía biológica. Estos procesos biológicos que ocurren en la mayoría de los reactores, bajo unas condiciones determinadas y controladas, tienen lugar de manera natural en ríos, lagos y otros sistemas acuáticos. Utilizar

la

herramienta

que

nos

proporcionan

de

manera

natural

los

microorganismos, hace que los procesos biotecnológicos sean considerados como una tecnología cada vez más extendida en el manejo de este tipo de desechos, de manera económica y ecológica. En el caso concreto de las aguas residuales, las técnicas desarrolladas en biotecnología en este área no sólo tienen como objetivo reducir la materia orgánica en general, sino que es utilizada para eliminar otros agentes contaminantes industriales presentes en las aguas, así como para convertir el flujo de desechos derivado del proceso de depuración en productos útiles o incluso con valor añadido

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para poder liberarlos al medio ambiente sin causar perjuicio (como el compost de lodos de depuradoras). Algunos ejemplos de técnicas utilizadas son el bioprocesamiento y la bioadsorción. En el primer caso, el objetivo se basa en el empleo de cepas de microorganismos muy especializados para tratar agentes concretos, como bien podrían ser compuestos fosforosos, nitrógeno y azufre. Por otra parte, la bioadsorción puede llegar a reemplazar métodos físico-químicos como la precipitación, adsorción o el intercambio iónico en el proceso de captar iones de metales pesados, donde las algas, por ejemplo, constituyen una importante fuente de biosorbentes de estos últimos compuestos. Actualmente el uso de plantas acuáticas, microalgas y procesos de biodegradación para el tratamiento y posterior reutilización de las aguas residuales, son algunas opciones para mejorar la calidad del agua tratada además de para aumentar la eficiencia de las plantas de tratamiento. Macrófitas acuáticas. Las

macrófitas

acuáticas

(plantas

acuáticas)

son

seres

muy

potentes

biológicamente hablando que, gracias a procesos fisiológicos, son capaces de absorber los contaminantes presentes en el agua. Su uso se basa en relaciones de flujos de energía y nutrientes que tienen lugar entre éstas y los microorganismos degradadores. Las plantas incorporan los compuestos que hay en el agua de modo que disminuyen la contaminación, mejorando calidad de la misma. Las plantas acuáticas se han usado desde hace tiempo en sistemas de tratamiento de aguas residuales. Los tipos de plantas usadas son: algas microscópicas, plantas flotantes como el jacinto de agua o las lentejas de agua, y otras plantas emergentes como el junco. Microalgas. Se trata de microorganismos fotosintéticos que pueden encontrarse de manera natural en sistemas terrestres y en todos los cuerpos acuáticos. Se utilizan como microorganismos purificadores de aguas residuales debido al aprovechamiento de

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los nutrientes inorgánicos contenidos en esta agua para favorecer el crecimiento de las microalgas. Las microalgas requieren dióxido de carbono además de fósforo y nitrógeno (ambos presentes en los efluentes) para su fotosíntesis. Éstos pueden ser obtenidos por simbiosis con los microorganismos aerobios que están en los efluentes, que necesitan de ese oxígeno para oxidar y eliminar los contaminantes orgánicos, liberando CO2. La biomasa de algas que resulta además puede utilizarse en otros ámbitos, como por ejemplo en la generación de metano o biodiesel, actualmente objeto de diferentes investigaciones científicas Biodegradación. Puede considerarse como una tecnología de limpieza que, utilizando la actividad de los microorganismos, elimina los contaminantes o disminuye su concentración hasta niveles aceptables. En estos procesos de biodegradación se lleva a cabo la conversión de la materia orgánica en condiciones ambientalmente seguras por productos como el agua y el dióxido de carbono. Esto se logra a través de la naturaleza por protozoos, bacterias y hongos. Por ello se trabaja con microbios realmente fuertes y específicos que en la mayoría de los casos se han adaptado de forma selectiva a través de la bioaumentación. INGENIERÍA GENÉTICA. Se llama ingeniería genética a una serie de técnicas que permiten la transferencia programada de genes entre distintos organismos. En el control biológico, la genética ha desempeñado siempre un papel importante, pero la liberación intencionada de microorganismos modificados genéticamente ha levantado una gran polémica a causa de posibles efectos ecológicos indeseados. Se han criado selectivamente plantas y animales para ser resistentes a las enfermedades; se han mutado virus patógenos para obtener cepas atenuadas para la protección cruzada o la inmunización; se han mutado y seleccionado agentes de control biológico para aumentar su virulencia y producción de toxinas.

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La ingeniería genética como tal no es una ciencia, sino un compendio de técnicas para aislar y modificar los genes en: •

En microorganismos.

•

En las plantas.

•

En los animales.

•

En humanos.

Ingeniería genética en microorganismos Microorganismos manipulados por ingeniería genética pueden ser usados para fabricar proteínas humanas para aplicaciones médicas. En 1978 se consiguió que una bacteria "programada" fabricara insulina humana, que se comercializa desde 1982. Gracias a esto es posible obtener insulina en grandes cantidades y con bajos costos. Esto se ha conseguido también con otras proteínas humanas como hormona del crecimiento y factores de la coagulación. Estos microorganismos también se han usado en la agricultura, pues son capaces de mejorar las cosechas al proporcionar resistencia a heladas, enfermedades, herbicidas y otros factores. Virus. Los virus bacterianos (bacteriófagos o fagos) se utilizaron mucho en los comienzos de la Ingeniería Genética como herramientas (vectores) de clonación y expresión, si bien su uso actual se ha reducido a medida que se han desarrollado nuevos vectores plasmídicos (ver más adelante). Sin embargo, los virus animales siguen teniendo un papel relevante para el desarrollo de sistemas de expresión en células superiores y son herramientas de gran valor para el desarrollo de vacunas y para implementar las tecnologías de terapia génica. Bacterias. Las bacterias son los seres vivos más utilizados en los procesos biotecnológicos. Aunque son muchas las cepas bacterianas que se emplean en la actualidad, la enterobacteria Escherichia coli ocupa el primer lugar en la lista. Prácticamente todos

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los procesos de Ingeniería Genética pasan por alguna etapa en la que interviene E. coli. Otros géneros bacterianos utilizados con cierta profusión son Bacillus, Pseudomonas, y los actinomicetos. Levaduras y hongos. Las levaduras y los hongos son junto con las bacterias los sistemas que más se utilizan en Ingeniería Genética. El sistema de Saccharomyces cerevisiae se utiliza casi tanto como el de E. coli y no en vano fue por algo el primer genoma eucariota secuenciado completamente. Otras levaduras interesantes son Pichia pastoris, Kluyveromyces y Hansenula polymorpha. La levadura P. pastoris se ha usado para producir grandes cantidades de proteínas, gracias a que es capaz de crecer en los reactores hasta alcanzar muy altas densidades celulares. Entre los hongos es el Aspergillus en el que más se han desarrollado las herramientas genéticas, aunque por su importancia en el campo de los antibióticos Penicillium ha recibido también mucha atención. Ingeniería genética en las plantas. El avance de la ingeniería genética de las plantas ha permitido el desarrollo de características de importancia agronómica, como las resistencias a herbicidas, a insectos y a virus, que han aparecido mediante la transferencia de genes dominantes a las plantas. Estas estrategias se pueden aplicar para proteger a la planta de enfermedades bacterianas y fúngicas. El cultivo de estas plantas transgénicas podría reducir la dependencia de los fungicidas químicos que se emplean contra patógenos fúngicos. Algunos de los genes que se han introducido en plantas transgénicas codifican enzimas hidrolíticas que atacan las paredes celulares de los patógenos microbianos. En algunas plantas transgénicas, se han introducido también genes que codifican la síntesis de otros componentes de la pared celular que las hace más resistentes a las enfermedades. Otras defensas, denominadas en conjunto defensas relacionadas con el patógeno se basan en la producción de proteínas con funciones aún por determinar. En algunos casos estas proteínas probablemente bloquean actividades metabólicas de

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biosíntesis u otras actividades esenciales que son necesarias para activar los patógenos. Algunos genes que se han introducido en plantas transgénicas las hacen más resistentes a infecciones de virus, hongos y bacterias.

Las plantas transgénicas se han ideado para aumentar las defensas contra plagas microbianas y patógenos. Por ejemplo, se han introducido genes de las fitoalexínases en plantas transgénicas. Las fitoalexínases, que son compuestos producidos por algunas variedades de soja, de guisantes y de tomates como respuesta a las infecciones microbianas, protegen las plantas transgénicas de diversas infecciones causadas por hongos.

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CONCLUSIÓN. Con base en el planteamiento anterior se ha podido apreciar la importancia de la actividad de los microorganismos en los diferentes aspectos que denotan la fertilidad de un suelo y la sostenibilidad de ecosistemas y agroecosistemas. El desarrollo de procesos biotecnológicos empleando microorganismos y las biomoléculas provenientes de ellos, ofrece una alternativa viable para el desarrollo sustentable. Es necesario entonces, encaminar esfuerzos por parte de la comunidad

científica

para

apoyar

la búsqueda

de

nuevas fuentes

de

microorganismos, así como el desarrollo de técnicas que impliquen la modificación genética, estructural y funcional, de las biomoléculas provenientes de estos microorganismos para su aplicación a gran escala, lo que finalmente redundará en el beneficio de las generaciones presentes y futuras.

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