Post on 01-Mar-2016
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PRINCIPIOS DE
MICROBIOLOGA
INDUSTRIAL
DEFINICION
Microbiologa.
Estudia organismos que slo son visibles a travs del microscopio:
organismos procariotas y eucariotas simples.
Microbiologa industrial:
Estudia la aplicacin de la biotecnologa de los microorganismos en
la industria.
Esta orientada a la produccin de elementos de inters industrial
mediante procesos en los que, en algn paso intervienen
microorganismos.
Ejemplos:
Produccin de; alimentos (fermentacin del vino, pan o cerveza) y
suplementos dietticos (como vitaminas o aminocidos);
biopolimeros, como el xantano, alginato, acido hialuronico,
polihidroxialcanoatos; bioremediacin de entornos contaminados o
tratamiento de desechos; produccin de principios activos de inters
en medicina, como la insulina y hormona del crecimiento.
ROL DE LOS MICROORGANISMOS
Los m.o generalmente son vistos como agentes infecciosos.
Sin embargo, la mayor parte de los m.o, no causan dao alguno y es ms son benficos.
Perjudiciales
patgenos deterioran los alimentos tiles (microbiologa industrial)
bacterias hongos Levaduras algas microscpicos
ROL DE LOS MICROORGANISMOS
Algunos son nocivos para los animales o plantas pero, en proporcin, son muy pocos.
Existen muchos microorganismos utiles en la industria, debido a que producen compuestos que son producto de su
metabolismo, como es el caso del alcohol o algn
antibitico
En otros casos, los microorganismos son cultivados por su valor intrnseco, como es el caso de la levadura de
panadera.
Es difcil clasificar a los microorganismos en utiles y no tiles, ya que todos participan en el reciclaje de las
molculas del mundo orgnico y tambin en la
conservacin de una parte de la ecologa; de tal forma que
los microbios no slo son tiles sino indispensables para la
vida como la conocemos actualmente.
ETAPAS EN EL DESARROLLO DE LA
MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL: (Esquema de
Collard)
a.- Microbiologa antigua
Produccin de:
Cerveza (sumerios y babilonios desde 6,000 AC) Vinagre (antes del 1,700AC) Vino se produce desde 2,000AC en Egipto y China Pan se produce desde el ao 4,000AC. Periodo especulativo. (Generacin espontnea) La
autoridad intelectual de Aristteles, y la autoridad moral
representada por la Biblia, por otro, dieron la idea de que
algunos seres vivos podan originarse a partir de materia
inanimada, o bien a partir del aire o de materiales en
putrefaccin.
b.- DESCUBRIMIENTO DEL MICROSCOPIO. 1675.
Antonie Van Leeuwenhoek. Fabric un microscopio simple, con el que obtuvo aumentos de unas 300 veces.
En 1675 descubri que en una gota de agua de estanque pululaba una asombrosa variedad de pequeas criaturas a
las que denomin animlculos. En 1683 descubre las bacterias. Tambin descubri protozoos (como Giardia, que encontr en sus propias
heces), la estructura estriada del msculo, la circulacin
capilar, los espermatozoides y los glbulos rojos (se le
considera el fundador de la Histologa animal).
Formacin de una ciencia: fines del siglo XIX (Pasteur). El gran mrito de Pasteur, fue demostrar de forma definitiva, la
falsedad de la teora de la generacin espontnea y la
pululacin de bacterias en el medio ambiente.
c.- PAUSTEUR
200 aos despus, Louis Pasteur present sus ideas sobre la fermentacin en su obra ("Estudios sobre la cerveza"), en
la cual postula que los microorganismos que viven en
condiciones anaerbicas son capaces de crecer y vivir
sustituyendo al proceso de respiracin por la fermentacin.
Demostr que todo proceso de fermentacin y descomposicin orgnica se debe a la accin de organismos
vivos y que el crecimiento de los microorganismos en caldos
nutritivos no era debido a la generacin espontnea.
c.- PAUSTEUR
Para demostrarlo, expuso caldos hervidos en matraces provistos de un filtro que evitaba el paso de partculas de polvo
hasta el caldo de cultivo, simultneamente expuso otros
matraces que carecan de ese filtro, pero que posean un cuello
muy alargado y curvado que dificultaba el paso de partculas,
hasta el caldo de cultivo.
Al cabo de un tiempo observ que nada creca en los caldos demostrando que los organismos vivos que aparecan en los
matraces sin filtro o sin cuellos largos provenan del exterior.
As Pasteur mostr que los microorganismos no se formaban espontneamente en el interior del caldo, refutando as la teora
de la generacin espontnea.
Este principio cientfico que fue la base de la teora germinal de las enfermedades y la teora celular y signific un cambio
conceptual sobre los seres vivos y el inicio de la microbiologa
moderna.
d.- MICROBIOLOGA MULTIDISCIPLINARIA
Desarrollo de operaciones ms complejas para la separacin y purificacin de productos.
Produccion industrial de penicilina
Avery, MacLeod y McCarty - Material gentico es DNA.
Los microorganismos se estudian en su complejidad genetica, fisiologica, bioquimica, ecologica, etc
d.- MICROBIOLOGA MULTIDISCIPLINARIA
El experimento Avery-MacLeod-McCarty fue una demostracin experimental, que el ADN es la sustancia que
causa la transformacin bacteriana, en una poca en que se
crea que eran las protenas las que transportaban la
informacin gentica.
Fue la culminacin de la investigacin en la dcada de 1930 y principios de 1940 para purificar y caracterizar el "principio de
la transformacin" responsable del fenmeno de
transformacin descrita por primera vez en el experimento de
Griffith de 1928: cepa de Streptococcus pneumoniae virulento
tipo III S muerto, cuando se inyecta junto con neumococos vivos no virulentos de tipo II-R, result en una infeccin mortal
de tipo III-S.
Avery y sus colegas sugieren que el ADN, puede ser el material hereditario de las bacterias, y podra ser anlogo a los
genes y / o virus en los organismos superiores
e.- MICROBIOLOGA MODERNA
La microbiologa recibe impulso de la Ingeniera gentica. Se produce: Insulina, Hormona humana de crecimiento, etc.
La microscopa electrnica permiti dilucidar la estructura de los hongos, bacterias, protozoos y virus.
Actualmente, se ha dividido en distintas ramas: La microbiologa mdica. Estudia los microorganismos patgenos y la forma de combatirlos.
La microbiologa ecolgica. Estudia el nicho que le corresponde a los microorganismos en el medio,
1.La microbiologa agrcola. Estudia las relaciones
existentes entre plantas y microorganismos,
2.Microbiologa industrial. Estudia la aplicacin de los
microorganismos para la produccin industrial de
sustancias de inters.
BIOTECNOLOGA Y MICROBIOLOGIA
Biotecnologa. Es una actividad multidisciplinaria que
comprende la aplicacin de los principios cientficos y la
Ingeniera al procesamiento de materiales por agentes
biolgicos para proveer de bienes y servicios.
Los microorganismos en biotecnologa
En los ltimos aos se ha incrementado la utilizacin de microorganismos en aplicaciones biotecnolgicas; la
biologa molecular y la gentica de los microorganismos
para poder dirigir en ellos la produccin de compuestos de
inters (industriales y farmacolgicos).
COMPONENTES DE LA MICROBIOLOGA
La biologa de los microorganismos estudia su estructura,
metabolismo y gentica.
La estructura de los microorganismos condiciona de forma muy importante su metabolismo. El metabolismo es el
conjunto de reacciones de utilizacin de los mismos y de
produccin de energa (catabolismo) que permiten a los
microorganismos crecer y multiplicarse (anabolismo) y, como
consecuencia, alterar el ambiente en el que se encuentran.
La gentica garantiza conocer el proceso de transmisin de la informacin que permite el desarrollo de un microorganismo
con una morfologa y un metabolismo determinado; esta
transmisin de informacin puede ocurrir entre unas clulas
y sus descendientes (transmisin vertical) o entre clulas
que conviven en un mismo ambiente y que pueden no estar
relacionadas genealgicamente (transformacin, conjugacin y
transduccin).
UTILIDAD
Los productos que tienen un inters comercial se
pueden agrupar en cuatro clases:
a) productos del metabolismo primario( dixido
de carbono, etanol, cido actico, aminocidos,
etc.).
b) productos del metabolismo secundario
(antibiticos, toxinas).
c) macromolculas (polisacridos, enzimas
d) clulas microbianas (Protena unicelular).
EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR
MICROORGANISMOS
Salud
Bordetella pertusis, Clostridium tetani y
Corynebacterium
diphteriae (vacuna
triple)
Penicillum chrysogenum (penicilina)
Streptomyces sp.(estreptomicina)
E. coli recombinante (insulina, interfern)
EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR
MICROORGANISMOS
Alimentos
Saccharomyces cerevisiae (pan)
Streptococcus lactis (yogurt)
Saccharomyces spp. (cerveza, vino, sidra)
Acetobacter (vinagre) Bacillus spp. (saborizantes)
Streptococcus spp. (quesos)
Vista. Acetobacter
EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR
MICROORGANISMOS
Produccin vegetal
Rhizobium spp.
(fertilizante de
leguminosas)
Giberella fijikuroi
(acido giberlico)
Bacillus thuringiensis
(bioinsecticidas).
Candida utilis (protena
unicelular)
Vista. Bacteria Rhizobium sp
EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR
MICROORGANISMOS Productos industriales
Saccharomyces cerevisiae (etanol)
Clostridium acetobutilicum (butanol, acetona)
Bacillus (enzimas industriales)
Aspergillus (amilasa, proteasas, celulasas,
pectinasas)
Aspergillus niger (cido ctrico y glucnico)
Xanthomonas campestris (goma xantano)
Hongo Aspergillus sp.
EJEMPLOS DE PRODUCTOS OBTENIDOS POR
MICROORGANISMOS
Servicios
Especies aerbicas y
anaerbicas (efluentes
purificados)
Minera
Thiobacillus ferroxidans
y otras especies (cobre,
uranio)
Thiobacillus ferrooxidans en un drenagre de una
mina. sta metaboliza FeS2 a Fe+3 y cido sulfrico.
PRINCIPALES PRODUCTOS
300,000
30,000
2000
1000
Corynebacterium glutamicum
Brevibacterium flavum
Corynebacterium glutamicum
Brevibacterium flavum
Aminoacidos
Acido glutamico
Lisina
Fenilalanina
arginina
250,000
50,000
50,000
Aspergillus niger
Aspergillus niger
Lactobacillus delbrueckii
Acidos organicos
Acido citrico
Acido gluconico
Acido lactico
500,000
50,000
Levaduras y bacterias lacticas
Candida utilis
Biomasa
Starters para alimentos
Proteina unicelular
20 millones
2000
Saccharomyces cerevisiae
Clostridium acetobutylicum
Solventes
Etanol
Acetona/butanol
PRODUCCION
(Ton/ao)
ORGANISMO
PRODUCTO
< 0.1
Corynebacterium diphteriae
Clostridium tetani
Bordetella pertussis
Virus atenuado crecido en rion de mono
o celulas diploides humanas
Idem anterior
Antigenos de superficie expresados en
levadura
Vacunas
Difteria
Tetanos
Pertussis
Polio
Rubola
Hepatitis B
5 Claviceps paspali
Alcaloides del ergot
10
Propionibacterium shermanii
Eremothecium ashbyii
Vitaminas
B12
Riboflavina
600
500
500
500
100
50
50
Bacillus spp
Bacillus amyloliquefasciens
Aspergillus niger
Bacillus coagulans
Aspergillus niger
Mucor o levaduras recombinantes
Enzimas
Proteasas
Alfa-Amilasas
Glucosa-amilasa
Glucosa isomerasa
Pectinasa
Renina
otras
PRODUCCION
(Ton/ao)
ORGANISMO
PRODUCTO
< 0.1
Bacillus thuringiensis
Insecticidas
Esporas bacterianas
80,000
15,000
15,000
10,000
2,000
1,000
Penicillum chrysogenum
Cephalosporium acremonium
Streptomyces aureofaciens
Streptomyces erythreus
Bacillus brevis
Streptomyces griseus
Penicillum griseofulvum
Antibioticos
Penicilinas
Cefalosporinas
Tetraciclinas
Macrolidos (eritromicina)
Polipeptidicos (gramicidina)
Aminoglicosidos (estreptomicina)
Aromticos (griseofulvina)
< 0..01 Celulas de hibridoma Anticuerpos monoclonales
< 0.1
E. coli recombinante
E. coli recombinante o celulas de
mamfero recombinante
celulas de mamfero recombinante
celulas de mamfero recombinante
E. coli recombinante
Proteinas de uso teraputico
Insulina
Hormona de crecimiento
Eritropoyetina
FactorVIII-C
Activador del plasminogeno
Interferon alfa2
< 0.1
Lithospermum (plantas)
Levaduras
Pigmentos
Shikoninas
Beta-carotenos
Astaxantina
PRODUCCION
(Ton/ao)
ORGANISMO
PRODUCTO
MICROORGANISMOS EN LOS ALIMENTOS
La produccin de alimentos por tcnicas microbiolgicas es una actividad de larga historia.
Los microorganismos pueden alterar los constituyentes de los alimentos, estabilizndolos y permitiendo su mayor
duracin.
Proporcionan compuestos que confieren sabores caractersticos a los alimentos por ellos producidos.
Los microorganismos alterantes de los alimentos, los deterioran hacindolos inaceptables.
Los alimentos pueden ser vehculos de infecciones (ingestin de microorganismos patgenos) o de
intoxicaciones (ingestin de toxinas producidas por
microorganismos) graves.
VENTAJAS DE LOS MICROORGANISMOS
COMO UNIDADES DE PRODUCCIN
Adaptacin al crecimiento en gran escala Crecimiento en medios sencillos y econmicos No patgenos (Seguros) Crecimiento rpido Susceptibles de ser manipulados genticamente Estables a nivel gentico Tecnologas limpias Fciles de almacenar HONGOS
PLURICELULARES UNICELULARES (levaduras) BACTERIAS BACTERIAS CIDO-LCTICAS
CLOSTRIDIOS, PSEUDOMONAS
ESTREPTOMICETOS
CLASES DE MICROORGANISMOS
Por el tipo de clula. Procariotas. Eucariotas. Por la temperatura de desarrollo. Psicrfilos. Mesfilos. Termfilos. Por su relacin con el oxigeno. Aerobios. Anaerobios. Facultativos.
PROPUESTA DE WHITTAKER
Sistema de clasificacin en cinco reinos basado en la organizacin celular y modelos nutricionales de los
organismos.
Procariotae o Monera (eubacterias y arqueobacterias).
Protista (hongos mucosos, protozoos y algunas algas).
Fungi (levaduras unicelulares, mohos pluricelularesy hongos carnosos).
Plantae (algunas algas, musgos, helechos, conferas y plantas con flores).
Animalia (que incluye, entre otros, esponjas, gusanos, insectos y vertebrados).
REINO PROTISTA
CLULA PROCARIOTA
CLULAS EUCARIOTAS
Clula Vegetal y Clula Animal
COMPARACIN
CARACTERSTICAS DE LAS CLULAS
PROCARITICAS Y EUCARITICAS
RGANOS EN EUCARIOTAS
Comparacin:
eucariota,
bacteria, virus
FUENTE DE MICROORGANISMOS
Flora natural. Aguas residuales, residuos slidos, compostaje, fermentaciones.
Microrganismos capturados. Del medio ambiente
Cepas. pureza
ORIGEN DE LAS CEPAS INDUSTRIALES
Colecciones que suministran cultivos de microorganismos industriales
BIOSEGURIDAD Es la aplicacin del conocimiento, de las tcnicas y de los equipos necesarios para prevenir la exposicin del personal, del rea de laboratorio y del medio ambiente a agentes potencialmente infecciosos o biopeligrosos. VIAS DE CONTAMINACION 1. La boca Comer, beber y fumar en el laboratorio. Realizar transferencias con pipetas sin utilizar ningn tipo de proteccin. 2. La piel Cortaduras o rasguos. Transferencia indirecta de microorganismos a travs de los dedos o utensilios contaminados (lpices, bolgrafos, etc.). 3. Los ojos Salpicaduras de materiales infecciosos. Transferencia indirecta de microorganismos a travs de los dedos contaminados. 4. Los pulmones Inhalacin de microorganismos transportados por el aire (aerosoles).
NORMAS
Entrar al laboratorio en forma ordenada, dejar las carteras, libros y otros objetos personales en el lugar que se les indique para tal fin.
Llevar puesto el mandil de laboratorio en todo momento, que debe permanecer completamente cerrado.
Limpiar y descontaminar las superficies de trabajo, antes de comenzar y al finalizar la sesin prctica.
Lavar las manos con agua y jabn:
antes de realizar las actividades programadas
antes de salir del laboratorio
despus de usar materiales contaminantes.
NORMAS
Recoger el cabello largo. Evitar desplazamientos
innecesarios, movimientos bruscos. Hablar slo lo indispensable.
No comer, beber, fumar. Conocer el manejo de todos los
equipos y reactivos a emplear antes de iniciar las actividades indicadas en la prctica. Si usted tiene alguna duda, dirjase al profesor.
Usar mascarillas para casos indicados
REFERENCIAS
Andino Rugama, Flavia y Castillo Yorling. Microbiologa de los alimentos. Universidad Nacional de Ingenieria,
Estel, 2010.