Importancia de los microorganismos para la biosfera y para las personas
descargar 55.79 Kb.
|
Biología 2º Bachiller TEMA 19 IMPORTANCIA DE LOS MICROORGANISMOS PARA LA BIOSFERA Y PARA LAS PERSONAS
Las bacterias y los hongos son los microorganismos que, junto a los productores, permiten la existencia del ciclo de la materia en la biosfera. Su función es descomponer la materia orgánica procedente de restos vegetales, cadáveres y excrementos, convirtiéndola en materia inorgánica que vuelve a ser utilizada por los productores. La actividad de los descomponedores en la biosfera permite que la materia se recicle y no se disperse en las sucesivas transferencias, como ocurre con la energía. Muchos de los elementos químicos que componen los materiales terrestres están sometidos a unos circuitos cíclicos que consisten, básicamente, en que pasan de formar parte de materia inorgánica inerte a formar parte de materia constitutiva de seres vivos y de éstos, posteriormente, de nuevo a materia inorgánica inerte, cerrándose el ciclo. Estos ciclos de la materia son los ciclos biogeoquímicos. Como ejemplos de ciclos biogeoquímicos, y el papel que desempeñan los microorganismos en ellos, estudiaremos el ciclo del carbono, ciclo del azufre y el ciclo del nitrógeno:
Mediante el proceso de fotosíntesis, las plantas toman el carbono en forma de CO2 de la atmósfera o del agua, asimilándolo durante la fase oscura de dicho proceso para formar moléculas orgánicas. Parte del carbono vuelve al medio inerte en la misma forma de CO2 como resultado de la respiración tanto de las propias plantas como de los organismos consumidores y descomponedores. Los desechos, restos o cadáveres que contienen carbono vuelven también al medio inorgánico por acción de los descomponedores (bacterias y hongos).  Una parte muy importante del carbono, puede tardar millones de años en incorporarse al medio inerte. Es el caso del carbono que llega a formar parte del petróleo y del carbón mineral. Este carbono puede volver al ciclo por combustión de estos combustibles fósiles.
La fuente principal de nitrógeno es la atmósfera, de la que este gas constituye un 78%; sin embargo, este nitrógeno atmosférico sólo puede ser fijado por un grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno que transforman este gas en compuestos nitrogenados utilizados directamente por las plantas. Entre el grupo de bacterias fijadoras del nitrógeno está el género Rhizobium que se encuentra en simbiosis con las raíces de las plantas leguminosas (guisantes, judías, tréboles, alfalfa, etc.), estas bacterias se introducen en los tejidos del vegetal, donde proliferan y desarrollan una especie de nódulos fijadores del nitrógeno. El resto de las plantas depende del nitrógeno que se encuentra en el suelo, de donde lo toman en forma de nitratos. Cuando un organismo muere, el nitrógeno de los restos orgánicos, como son las proteínas y los ácidos nucleicos, por acción de bacterias y hongos presentes en el suelo, se convierte en amoniaco o ión amonio (amonificación). Otros grupos de bacterias del suelo oxidan los iones amonio a nitritos y finalmente las bacterias nitrificantes oxidan los nitritos a nitratos. Los nitratos son ya fácilmente absorbidos por las raíces de las plantas y utilizados para formar moléculas nitrógenadas (proteínas y ácidos nucleicos). Mediante las cadenas tróficas posteriores, el nitrógeno asimilado en estas moléculas del vegetal pasa a los animales. Existe un grupo de bacterias desnitrificantes que en condiciones anaerobias y de inundación, convierten los nitratos del suelo en nitrógeno molecular, que escapa a la atmósfera. Por eso los agricultores drenan las tierras para reducir la desnitrificación y añaden fertilizantes para incrementar los niveles de nitrógeno del suelo. 
En la fragmentación de las proteínas se producen ciertas cantidades de SH2 además de amoníaco. Esto lo realizan algunas bacterias proteolíticas productoras de desulfurasas que actúan sobre los grupos sulfidrilos de los aminoácidos sulfurados (cisteína, metionina). Este sulfídrico no es estable en medio aerobio y su oxidación microbiana tiene el último eslabón en los sulfatos, ya estables y fuentes básica de azufre para las planas verdes. Este proceso de mineralización se conoce como sulfuricación: 2 SH2 + O2 -> S2 + 2H2O + 80 Kcal S2 + 3O2 + 2H2O -> 2 SO4H2 + 240 Kcal La oxidación del ácido sulfídrico (y de otros compuestos de azufre oxidables como sulfitos y tiosulfatos) es llevada a cabo por ciertas bacterias quimioautótrofas que utilizan la energía que obtienen en este proceso para reducir el anhídrido carbónico: las bacterias del género Thiobacillus y probablemente sulfobacterias filamentosas de los géneros Beggiatoa y Thiothrix. Hay también otros organismos heterótrofos que pueden llevar a cabo este proceso (por ejemplo algunos hongos). 
La mayoría de los microorganismos son inocuos para los demás seres vivos. Muchos de ellos incluso se han adaptado a las condiciones especiales que tienen los tejidos de los animales viviendo en ellos, en su piel, en sus conductos digestivos o respiratorios; son la denominada flora normal. Sin embargo, los microbios más conocidos son aquellos que producen enfermedades infecciosas en las plantas, en los animales y en la especie humana. Estos son los microorganismos patógenos. El grado de patogenidad se denomina virulencia y se mide, generalmente, por el número de microorganismos necesarios para desarrollar la enfermedad. Hay microorganismos que normalmente no son patógenos pero pueden serlo cuando disminuyen los mecanismos defensivos de un animal: son los microorganismos oportunistas. Robert Koch (1843-1910) fue el primero en comprobar que una bacteria era la causante de una enfermedad infecciosa, el carbunco en ovinos. Estableció cuatro postulados que constituyen la base de las investigaciones médicas para establecer el tratamiento de las infecciones:
Otros aportes de la labor investigadora de Koch fueron el descubrimiento de los cultivos en medios sólidos y el descubrimiento de los agentes causantes de la tuberculosis (llamado desde entonces bacilo de Koch) y del cólera.
El primer paso en una infección es la colonización por parte de los microorganismos de tegumentos y mucosas corporales, donde deben competir con otros microorganismos comensales. Los que superan esta primera fase con más éxito son los que producen las enfermedades más contagiosas. La entrada de microorganismos en el cuerpo del hospedador puede tener lugar a través de distintas vías:
Una vez dentro, los microbios tienen que reproducirse, ya sea en una lesión superficial, ya sea en un tejido específico al que son conducidos por vía linfática o sanguínea. En esta primera fase tienen que superar los mecanismos defensivos del hospedador, lo que incluye la inflamación, la detención en los ganglios linfáticos y su eliminación de la sangre por acción de los fagocitos. Si consiguen superarlos, se desarrolla la enfermedad. El tiempo que transcurre desde que penetran hasta la manifestación de los síntomas de enfermedad se denomina período de incubación. Las infecciones pueden ser superficiales, si el microorganismo se multiplica en las células epiteliales de la zona de entrada, o sistémicas si alcanzan los vasos sanguíneos y se multiplican en varios órganos a la vez.
Según la infección va progresando, se empiezan a manifestar los síntomas de la enfermedad. Esto nos indica que el hospedador ya ha sufrido una lesión por diversas causas:
El crecimiento del número de células microbianas puede conllevar dos clases de peligro: de un lado, se puede crear una competencia entre el microbio y las células del hospedador por un determinado nutriente; de otro lado, se puede producir el bloqueo de vasos sanguíneos o un daño directo sobre las células del hospedador.
Las toxinas son sustancias venenosas de bajo peso molecular, que pueden ser excretadas al medio (exotoxinas), como la del botulismo o el tétanos, o retenidas dentro de la célula (endotoxinas). Estas toxinas pueden provocar daños locales, cuando son muy específicas, o difundirse y causar lesión sistémica.
La biotecnología es el conjunto de procesos industriales que se sirve de microorganismos o de células procedentes de animales o vegetales para obtener determinados productos comerciales o para realizar importantes transformaciones químicas. La biotecnología se ocupa, entre otros, de procesos tan diferentes como la clonación, la terapia génica, la inseminación in vitro, la obtención de bebidas alcohólicas, etc. Aunque el término es moderno, reúne técnicas y métodos conocidos desde la antigüedad. Por ejemplo, la fabricación del pan, que ya realizaban los antiguos egipcios, la mejora de las razas de animales y la obtención de plantas con mayor producción de frutos. El término biotecnología se comenzó a usar a finales de los años setenta, tras la aparición de la ingeniería genética, que se basa en la manipulación del material genético de las células. En la actualidad, con la expansión de la biotecnología y los métodos de manipulación genética, los microorganismos han sido modificados para fabricar productos útiles que los microorganismos no producen de manera natural.
Diversas técnicas biotecnológicas permiten resolver, de diferentes y novedosas maneras, el problema de la contaminación ambiental. Se pueden utilizar diversos microorganismos para afrontar problemas de tratamiento y control de la contaminación química de distintos ecosistemas. La ingeniería genética permite combinar las características de estos microorganismos para aumentar su eficacia o generar microbios recombinantes con nuevas características. Aunque muchos microorganismos diferentes juegan un papel esencial en los equilibrios ambientales, la mayoría de las aplicaciones biotecnológicas actuales se realizan con ciertos tipos de bacterias. Algunas de las aplicaciones de la biotecnología a la mejora del medio ambiente son las siguientes:
Control de mareas negras Se llama marea negra al vertido masivo de petróleo debido a un accidente durante el transporte del petróleo en grandes barcos. Es posible utilizar bacterias que digieren los hidrocarburos que forman el petróleo y los transforman en sustancias químicas nada o menos contaminantes. Aunque generalmente cada tipo de bacteria utiliza una clase de hidrocarburo, se intenta combinar las características de varias bacterias para conseguir una bacteria recombinante capaz de transformar muchos hidrocarburos diferentes. Eliminación de metales pesados Los iones metálicos de los elementos pesados (por ejemplo, mercurio, cinc, níquel, cobre, plomo) movilizados por la acción humana a distintos ecosistemas constituyen el tipo de contaminación más grave del planeta. Los efectos contaminantes de los metales pesados superan en cuantía la suma de todos los demás tipos de contaminación química. Gracias a la ingeniería genética se han desarrollado bacterias que pueden vivir en presencia de metales pesados y eliminarlos mediante diversas reacciones químicas. http://www.madrimasd.org/informacionidi/noticias/noticia.asp?id=37805&tipo=g
La biotecnología tiene en la salud humana, entre otros, los siguientes campos de aplicación:
Antibióticos La palabra antibiótico designa a aquellas sustancias que, producidas por determinados microorganismos, pueden acabar con la vida de otros. En 1929, Alexander Fleming descubrió estas sustancias. Estaba trabajando con Staphylococcus aureus y su cultivo se contaminó con un hongo del género Penicillium, de forma que las colonias rodeadas por éste morían. Fleming supuso que el hongo producía alguna sustancia antibacteriana, por lo que hizo un filtrado, descubriendo así, la penicilina. Fue incapaz de purificarla, dado que era químicamente inestable, lo que se hizo años más tarde, gracias al desarrollo de un proceso industrial adecuado. Desde 1945 se han aislado cientos de antibióticos producidos por hongos del género Penicillium y bacterias de los géneros Bacillus y Streptomyces. El gran problema de la actualidad es que han comenzado a desarrollarse a un ritmo alarmante cepas de patógenos resistentes a antibióticos e, incluso, cepas multirresistentes a varios antibióticos simultáneamente, por lo que hay que encontrar otros nuevos, o modificar los existentes para que recobren su eficacia, lo que constituye el gran reto de la biotecnología. Hormonas Las personas que sufren diabetes mellitus deben inyectarse insulina varias veces al día. Hasta 1983 la insulina que utilizaban las personas diabéticas era insulina de cerdo purificada (diferente de la humana). Desde esa fecha se utiliza insulina obtenida por ingeniería genética: se ha introducido el gen de la insulina humana en la bacteria Escherichia coli, que la produce en cantidades masivas y con las mismas características. La insulina es la primera proteína fabricada por ingeniería genética y comercializada. También por ingeniería genética se obtiene la hormona del crecimiento. Otras hormonas como la testosterona y progesterona, hormonas sexuales masculina y femenina, utilizada ésta última en la fabricación de fármacos anticonceptivos se obtienen de la fermentación de ciertas levaduras.
El hombre desde la antigüedad ha obtenido productos alimenticios con la intervención de los microorganismos, a pesar de desconocer su existencia. Hoy día gracias al conocimiento de sus características y metabolismo, son explotados industrialmente en la fabricación de numerosos alimentos y bebidas. Por ejemplo:
Fabricación del yogur Se utiliza leche, que fermenta mediante determinadas cepas de las bacterias Lactobacillus y Streptococcus que transforman la lactosa en ácido láctico. El ácido láctico es el causante de la precipitación de las proteínas de la leche. Ambos microorganismos necesitan una temperatura de 45ºC para desarrollarse al máximo, por eso la leche se envasa en caliente para que después siga el proceso de fermentación en la estufa a dicha temperatura. El pH del yogur (después del enfriamiento a 4 ºC) es alrededor de 4, este medio ácido impide el crecimiento de otras bacterias. Actualmente la producción de yogures se ha especializado en gran cantidad de sabores e incluso en el enriquecimiento de nuevas bacterias. Fabricación de cerveza Es un proceso que se conoce desde antiguo, ya que, al parecer, los babilonios fueron los primeros en elaborar la cerveza. Se basa en la fermentación alcohólica que realizan las levaduras del género Saccharomyces. La cerveza se obtiene por fermentación de la cebada realizada por las levaduras S. cerevisae o S. carlsbergensis. Los granos de cebada se ponen a remojo, de forma que germinan y generan amilasas suficientes que hidrolizan el almidón. Después se secan, lo que constituye la malta, la cual se puede almacenar hasta su uso. Con la malta se obtiene el mosto de cerveza, al cual se adiciona el lúpulo, encargado de dar a la cerveza el sabor amargo y de conservarla del crecimiento bacteriano. Es entonces cuando se añade el inóculo, que fermenta durante cinco a diez días a temperatura y pH adecuados. Fabricación del vino En el caso del vino las levaduras responsables de la vinificación son unos hongos microscópicos que se encuentran de forma natural en los hollejos de las uvas vitis vinifera l. Las especies de levaduras empleadas en la elaboración del vino suelen ser por regla general las Saccharomyces cerevisiae aunque a veces también se emplean la S. bayanus y la S. oviformis. Para frenar la aparición de bacterias indeseables y otros organismos limitantes de la fermentación se suele esterilizar el mosto a veces con dióxido de azufre (SO2) antes del proceso. La elaboración del vino pasa por una fermentación alcohólica de la fruta de la vid en unos recipientes en lo que se denomina fermentación tumultuosa debido a gran ebullición que produce durante un periodo de 10 días aproximadamente. Tras esta fermentación 'principal' en la industria del vino se suele hacer referencia a una fermentación secundaria que se produce en otros contenedores empleados en el trasiego del vino joven. Los vinos blancos fermentan a temperaturas relativamente bajas de 10º-15ºC y los vinos tintos a temperaturas mayores de 20º-30ºC. En el cava hay una segunda fermentación y es el método tradicional propiamente decir que empieza con el tirage, el embotellamiento del vino base añadiendo el licor de tirage. Es una mezcla de vino blanco, de azúcar y de levaduras que, al fermentar, producirán el dióxido de carbono y el aroma característico. En los países asiáticos la abundancia natural del arroz debido a las características climáticas permite que se pueda emplear en la elaboración de fermentaciones alcohólicas en forma de bebida como es el sake, así como el vino de arroz. Los principales microorganismos empleados en la elaboración de estas bebidas alcohólicas a base de arroz son el Aspergillus oryzae, el Lactobacillus sakei, el Leuconostoc mesenteroidesy la Saccharomyces sake. La fermentación se toma un periodo que va desde los 30 a los 40 días. El vinagre proviene de la actividad de las bacterias Mycoderma aceti que realizan la reacción química de fermentación del alcohol etílico (vino) a ácido acético (vinagre), para que ocurra esta transformación deben existir las condiciones apropiadas de acidez pH, concentración del alcohol, nutrientes (proteínas en el vino). Cuando se produce la actividad de las mycoderma aceti se forma una piel en la superficie exterior del vino con la intención de ir tomando el oxígeno del aire y convertir el alcohol en vinagre, el fin del proceso resulta cuando ya no hay una concentración alta de alcohol en el vino.
Las características señaladas para la caracterización de la Salud Pública pueden, y de hecho así ocurre, confundirse con las propias de la epidemiología, ciencia de especial relevancia para la salud pública, que, como se verá, tiene como objeto básico de su quehacer el estudio de los condicionantes de los problemas de salud desde una perspectiva colectiva. La salud pública obtiene sus conocimientos de prácticamente todas las ciencias, siendo su actividad multidisciplinar, eminentemente social, cuyo objetivo es la salud de la población. Protección de la salud Son actividades de salud pública dirigidas al control sanitario del medio ambiente en su sentido más amplio, con el control de la contaminación del suelo, agua, aire y de los alimentos. Además se incluye la seguridad en el trabajo y en el transporte. Detectan factores de riesgo para la población y elaborar programas de salud para la sociedad. Dar alternativas de solución a enfermedades que implican a cualquier población. Promoción de la salud Son actividades que intentan fomentar la salud de los individuos y colectividades, promoviendo la adopción de estilos de vida saludables, mediante intervenciones de educación sanitaria a través de medios de comunicación de masas, en las escuelas y en atención primaria. Así para toda la comunidad que no tienen los recursos necesarios para la salud. La educación sanitaria debe ser complementada con los cambios necesarios en el medio ambiente y en las condiciones sociales y económicas que permitan a los ciudadanos el ejercicio efectivo de los estilos de vida saludables y la participación en la toma de decisiones que afecten a su salud. Prevención de la enfermedad Se basa en intervenciones de prevención primaria (vacunaciones), prevención secundaria o detección precoz de enfermedades y de prevención terciaria o de contención y/o rehabilitación de las secuelas dejadas por el o los daños de las funciones físicas, psíquicas y/o sociales. q debe ser así para todos Restauración de la salud Consiste en todas las actividades que se realizan para recuperar la salud en caso de su pérdida, que son responsabilidad de los servicios de asistencia sanitaria que despliegan sus actividades en dos niveles: atención primaria y atención hospitalaria. Existen actividades organizadas por la comunidad que influyen sobre la salud como son:
La epidemiología estudia la incidencia de las enfermedades infecciosas, esto es, el número de enfermos de cada enfermedad infecciosa en una población. Actualmente, en los países desarrollados abarca el estudio de todo tipo de enfermedades que afectan de forma generalizada a la población, así como de sus causas, su distribución geográfica y su prevención. En el estudio de las enfermedades infecciosas se acuñaron una serie de términos que permiten definir la gravedad de la enfermedad en relación a la población:
A lo largo del siglo XX, en los países desarrollados las enfermedades infecciosas han dejado de ser la principal causa de muerte. No obstante, algunos de estos términos y otros como mortalidad y la morbilidad se siguen utilizando con el mismo significado en los estudios epidemiológicos de las enfermedades actuales, como son el cáncer, el sida, el alcoholismo, el tabaquismo, etc. Ejercicios paginas 342-343: 6, 8. 11, 12, 14, 17, 20 Tema 19: Importancia de los microorganismos para la biosfera y para las personas |
