Clase 04 micro modificado 20 09-13.
- 1. MICROBIOLOGÍA AMBIENTAL COMUNIDADES MICROBIANAS 1Q.F.B ROSALBINA DE LA CRUZ DAVILA
- 3. ECOLOGÍA MICROBIANA Ciencia que explora las interrelaciones de los microorganismos con el ambiente en que se desarrollan. Ambiente Conjunto de factores tanto abióticos (físicos y químicos) como bióticos (biológicos) que actúan sobre un ser vivo
- 5. COMUNIDADES MICROBIANA • Ecosistema: Conjunto de comunidades y microorganismos que coexisten en un ambiente. • Comunidad microbiana: conjunto integrado de poblaciones microbianas que están presentes e interactúan dentro de un determinado lugar llamado hábitat. • Gremio: Agrupación de poblaciones que utilizan los mismos recursos ej. contribuyendo cada uno con sus enzimas para completar una vía metabólica. • Población: Conjunto de individuos de una misma especie de microorganismo. 5
- 6. P1 P2 P3 P4 P5 P6 Gremio 1 Gremio 2 Gremio 3 P7 P8 Gremio 4 Comunidad 1 Comunidad 2 Ecosistema 1 (en ambiente 1)
- 7. ROL DE LOS MICROORGANISMOS EN SU HÁBITAT NATURAL SUELO • Producción de cambios en la materia orgánica, originando compuestos nutritivos inorgánicos para los vegetales. • Son microorganismos desintegradores y transformadores (reciclan la materia en los ecosistemas). 7
- 8. AGUA -En este hábitat abundan los microorganismos fotosintéticos, que son los productores primarios de la cadenas trófica, y que constituyen el fitoplancton. -En determinados lugares, la población de microorganismos es tan extraordinaria que conduce al agotamiento del oxígeno del medio, entonces el medio está eutrofizado. -Tanto en el suelo como en el agua, los microorganismos intervienen de forma activa en los ciclos que experimenta la materia en los ecosistemas. 8
- 9. • Las poblaciones dentro de una comunidad interactúan con cada una de las otras de un modo integrado, dentro del hábitat. • Cada población como miembro de la comunidad cumple un rol específico denominado nicho (ocupación o función) Dentro de una comunidad las poblaciones compiten para ocupar los nichos disponibles, logrando su establecimiento. 9 Los primeros en colonizar el área Sucesión de poblaciones Las mejores adaptadas desplazan a las que originalmente ocupan el nicho.
- 10. En los últimos tiempos, la preocupación por la calidad ambiental ha tenido como efecto un mayor interés por la ecología microbiana IMPORTANCIA DE LA ECOLOGÍA MICROBIANA
- 11. • Los microorganismos son capaces de reciclar muchos materiales (papel clave en la descomposición de muchos residuos humanos e industriales que se vierten a cuerpos de agua o al suelo). • La calidad y la productividad de las aguas naturales están relacionadas, en gran medida, con su población microbiana. • El aire limpio, sin polvo, tiene relativamente pocos microorganismos. • La seguridad de la calidad ambiental está íntimamente relacionada con la flora bacteriana presente.
- 12. Los microorganismos también pueden utilizarse como indicadores de calidad ambiental. (contaminación fecal de los cuerpos de agua son la Escherichia coli) El uso de microorganismos nos permite: - La restauración ambiental - La producción del alimento - La bioingeniería de productos útiles como: - antibióticos, - suplementos del alimento - productos químicos. - producción de hormonas
- 13. Sedimentos ESTRUCTURA DE UNA COMUNIDAD MICROBIANA EN UN SISTEMA LACUSTRE Gremio 1: Bacterias metanogénicas (CO2 CH4) Bacterias homoacetógenas (CO2 acetato) Gremio 2: Bacterias reductoras de sulfato (SO4 2- H2S) Bacterias reductoras de sulfuro (So H2S) Gremio 3: Bacterias denitrificantes (NO3 - N2) Bacterias reductoras de hierro férrico (Fe3+ Fe2+) Gremio 4: Bacterias fermentadoras (de azúcares, aminoácidos ) Comunidad 1 Zona fótica: cianobacteri Fotótrofos oxigénicos 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Comunidad 2 Zona óxica: Aerobios y facultativos 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 Comunidad 3: zona anóxica (fermentadores y otros anaerobios) C O M U I D A D
- 14. ASOCIACIONES MICROBIANAS EN ECOSISTEMAS Los microorganismos de un ecosistema presentan asociaciones e interacciones : (Acción, relación o influencia recíproca entre dos o más personas o cosas) • Entre microorganismos • Entre microorganismos y organismos superiores.
- 15. Principio de Allee: incluso en una misma población pueden tener lugar interacciones positivas y negativas. • Estas interacciones dependen de la densidad de población. • Las interacciones positivas (cooperación) aumentan la tasa de crecimiento de una población, predominan cuando la densidad de población es baja. • Las interacciones negativas (competencia) disminuyen la velocidad de crecimiento de una población, predominan cuando la densidad de población es alta. 15
- 16. ASOCIACIONES MICROBIANAS EN ECOSISTEMAS Los microorganismos de un ecosistema presentan asociaciones e interacciones con otros microorganismos y organismos superiores Sp1/sp2 Relación Descripción 0/0 +/0 +/+ +/- -/- -/0 Neutralismo Comensalismo Mutualismo Cooperación Depredación Parasitismo Competencia Amensalismo Los miembros de la relación no se afectan por crecer en el mismo ambiente. Un miembro se beneficia, y el otro no se afecta Ambos miembros de la asociación se benefician Uno de los miembros de la asociación es inhibido o destruido con beneficio para el otro Ambos sufren estrés por competir por recursos escasos ( nutrientes, espacio, luz). Un miembro perjudica al otro, sin perjudicarse ni beneficiarse
- 17. Entre microorganismos diferentes Competencia: 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 microorganismos - microorganismos : líquenes.(el hongo depende del organismo fotosintético para su metabolismo, y el alga depende del agua y sustancias minerales que le proporciona el hongo además de estar protegido de la radiación solar por las hifas del hongo)
- 18. 18 COMPETENCIA inhibición de Phytium por Pseudómonas fluorescens en un medio con falta de Fe. Esta Esta inhibición no ocurre cuando al medio se agrega Fe.
- 19. Q.F. MONICA GUADALPE RETUERTO FIGUEROA 19 PARASITISMO Hifas de Trichoderma sp. envolviendo hifas de Rizopus sp.
- 20. PARASITISMO • Organismo que se nutre a partir de células, tejidos o fluídos de otro organismo (hospedero) el que generalmente es injuriado en el proceso • El cuerpo del hospedero se considera como un microambiente que protege y mantiene al parásito. • Puede vivir en la superficie (ectoparásito) o internamente (endoparásito) • Hospedero final: el parásito se puede reproducir en él • intermediario: ambiente temporal • de transferencia: sirve de vehículo para llegar al último • reservorio: también puede afectar a humanos 20
- 21. 21 Bdellovibrio bacteriovorus Parasitando una célula de Pseudomonas phaseolicola b) Ciclo vital de Bdellovibrio
- 22. PREDACION • Período de contacto generalmente corto y la presa es muerta y digerida rápidamente. • El predador vive, por lo general, libre y es de mayor • tamaño que la presa ⇒ hongos - nemátodos hongos - protozoos protozoos - bacterias hongos-hongos 22
- 23. 23 PREDACIÓN Y PARASITISMO b.- Bacterias productoras de enzimas líticas (quitinasa, glucanasa) hidrolizan paredes fúngicas. a.- Hongos predatores de hongos, de nematodos, Trichoderma sp.(hongo) produce antibióticos y enzimas que lisan pared de hongos y otros organismos c.- Protozoarios predatores de bacterias patógenas
- 24. INTERACCIONES DE LOS MICROORGANISMOS CON PLANTAS Y ANIMALES: Interacciones Planta-Microorganismos Simbiosis Mutualista: Rhizobium: convierte el nitrógeno a una forma que puede ser utilizado por las plantas. Parasitismo: enfermedad Interacciones Animal-Microorganismos Simbiosis Mutualista: Microflora benéfica del tracto intestinal. Parasitismo: enfermedad
- 25. - En esta acción ninguna de las dos población se afecta, es decir, las dos especies son independiente. - la relación es 0,0 - Modificación del hábitat - Producción de factores de crecimiento - Transformación de compuestos (insolubles en solubles, etc.) - Disponibilidad de compuestos - Conversión de moléculas orgánicas en sustratos - COMETABOLISMO: Eliminación o neutralización de un material tóxico. Ejem: n-alcanos – acetato - Candida cloacae Comensalismo (0,+) Neutralismo (0,0)
- 26. COMENSALISMO (0,+) Energía + CO + H O2 2 Ciclohexano Ciclohexanol Ciclohexanona Pseudomonas Cometabolismo Metabolismo asimilatorio Energía + CO + H O2 2 Mycobacterium vaccae Propano
- 27. 27 COMETABOLISMO Los microorganismos son conocidos por tener la habilidad de transformar moléculas orgánicas en productos orgánicos.
- 28. 3,4-Dicloropropionanilida (Propionil) Ac. Propiónico + 3,4-Dicloroanilina 3-3,4-4’-Tetracloroazobenceno (Acilamilasa) (Peroxidasa) (TÓXICO) (NO TÓXICO) (TÓXICO) Penicillium piscarium Geotrichum candidum COMETABOLISMO
- 29. 29 Arthrobacter + Streptomyces Diazinón Insecticida organofosforado degradación Mineralización del anillo pirimidínico Energía y fuente de C Pseudomonas stutzeri Parathion Dietiltiofosfato + p-nitrofenol Pseudomonas aeruginosa Mineralización Productos de excrección COMETABOLISMO: Degradación de pesticidas con o sin producción de sustratos posteriormente utilizables:
- 30. 30 -Relación obligada en un determinado hábitat entre dos poblaciones en las que ambas se benefician - Los microorganismos actúan como si fueran un único organismo. HONGOS (Ascomicetos, Basidiomicetos) + ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS (Cianobacterias, Clorofitas, Xantofitas) TIPOS DE RELACIONES MUTUALISTAS: PROTOZOOS + ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS (Clorofitas) PROTOZOOS + ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS (Pirrofitas, crisofitas) PROTOZOOS + ORGANISMOS FOTOSINTÉTICOS (Cianobacterias) PROTOZOOS + Eubacterias o Arqueas MUTUALISMO (SIMBIOSIS) (+,+)
- 31. LÍQUENES MUTUALISMO TIPOS MORFOLÓGICOS CRECIMIENTO: Lento pero pueden colonizar ambientes hostiles Líquenes en el desierto de Namib Líquenes sobre piedras de la Antártida Peltigera un liquen típico de la TUNDRA (nieves perpetuas)
- 32. • Se establece cuando dos poblaciones utilizan los mismos recursos. • Densidades máximas más bajas. • Tasas de crecimiento menores. • Separación ecológica: PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN COMPETITIVA - Mayor tasa de crecimiento - Tasa de crecimiento variable - Tolerancia al estrés ambiental COMPETENCIA (-,-)
- 33. COMPETENCIA •NUTRICIONAL: por el C, N , P, Fe •ESPACIO, OXIGENO, LUZ 33 •Fusarium oxysporum solo (izq) •y con Agrobacterium radiobacter (der)
- 34. CARACTERÍSTICAS DE UN BUEN COMPETIDOR • Alta velocidad de crecimiento • Adaptado a amplias condiciones ecológicas • Tolerancia a fluctuaciones del ambiente • Capacidad de multiplicarse a bajas concentraciones de factores limitantes • Pocos requerimientos en factores de crecimiento (protótrofos con ventaja frente a auxótrofo, en ambientes pobres) • Movilidad 34
- 35. EFECTO DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES SOBRE EL CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS » Temperatura » Radiación » Salinidad » pH » Oxígeno » Nutrientes » Actividad de agua
- 36. TEMPERATURA Ambientes: - Bajas temperaturas: >90% océanos temperatura <5 C - Temperatura ambiente o corporal: 20-45 C - Altas temperaturas: Regiones volcánicas, procesos de compostaje
- 37. Psicrófilos temperaturas óptimas <15oC (15-20 C) Sintetizan enzimas que funcionan bien en frío y la membrana plasmática contiene mas ácidos grasos insaturados
- 38. Mesófilas 20 a 45oC Termófilas Óptima >55oC (Arqueas) La temperatura óptima de crecimiento para la mayoría de las formas de vida libre es de 30oC Sintetizan enzimas mas estables al calor, presentando cambios en sus aminoácidos que le dan una forma diferente y la membrana plasmática contiene ácidos grasos saturados (proteínas del choque térmico)
- 39. Temperatura ( C) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Psicrófilo Flavobacterium sp Mesófilo Escherichia coli Termófilo Bacillus stearothermophilus Hipertermólfilo Termococcus sp Hipertermólfilo Pyrodictium sp TEMPERATURAS OPTIMAS DE DIVERSOS ORGANISMOS 13 C 39 C 60 C 80 C 105 C
- 40. Radiación • Intensidad y tiempo de exposición • Rayos Gamma, rayos X, UV son dañinos
- 41. Radiación Mutágeno: -Producción de daños menores al ADN que pueden repararse por mecanismos propensos a error. -Afecta procesos de membrana y su estructura.
- 42. SALINIDAD ~ Ambientes acuáticos: 0.05% de sales ~ Marinos: 3.5% de sales ~ Hipersalinos: 25 a 30% de sales - Halotolerantes - Halofílicos moderados(5-20%SAL) - Halofílicos extremos (15- 36% sal)
- 43. Acitividad de agua, aw Material Organismos que crece 1,00 0,95 0,980 0,950 0,900 0,850 0,800 0,750 0,700 Agua pura Sangre humana Agua marina Pan Jarabe de arce, jamón Chorizo Pasteles de frutas, mermeladas Pescado salado Cereales, caramelos Caulobacter, Spirillum Streptococcus, Escherichia Pseudomonas, Vibrio Bacilos Gram positivos Cocos Gram positivos Levaduras Hongos filamentosos Halobacterium, Halococcus Hongos xerofílicos • La concentración de solutos presentes en el agua, hacen que esta, esté más o menos disponible para ser utilizada por los microorganismos • La disponibilidad de agua se expresa en términos de la actividad de agua, cuyo valor oscila entre 0 y 1 • Todos los microorganismos requieren agua y la disponibilidad de ella es un factor importante para el crecimiento microbiano. ACTIVIDAD DE AGUA
- 45. Neutrófilos: Acidófilos: Alcalófilos: 6.0 a 8.0 3.0 10.5 pH (7.5) (6.5) (9.5) pH interno límites externos 1.0 a 5.0 5.5 a 8.5 9.0 a 11.0 suelos y aguas altamente carbonatadas producen proteasas para detergentes pH
- 46. Aerobios obligados Facultativos Anaerobios obligados Requieren específicamente oxígeno como aceptor de Electrones (H) Requieren una sustancia diferente al oxígeno como aceptor de electrones Capaces de vivir aerobia o anaeróbicamente Los microorganismos aerobios poseen enzimas que descomponen los productos tóxicos del oxígeno (H2O2, O- 2) como: catalasas, peroxidasas etc, mientras que los anaerobios no poseen estas enzimas Oxígeno
- 47. Catalasa H2O2H2O2 + 2 H2O + O2 Peróxidasa H2O2 + NADH + H+ 2H2O + NAD+ Superóxido dismutasa/catalasa 4O2 - + 4H+ 2 H2O + 3O2 O2 + e- O2 - Superóxido O2 + e- + 2H H2O2 Peróxido de HH2O2 + e- + H+ H2O2 + OH Radical hidroxiloOH + e- + H+ H2O Productos tóxicos del metabolismo del oxígeno Enzimas que descomponen los productos tóxicos del oxígeno:
- 48. Todas las formas de vida comparten ciertos requerimientos nutricionales para su normal funcionamiento y crecimiento: * ENERGÍA * CARBONO * NITRÓGENO * AZUFRE * FÓSFORO * IONES INORGÁNICOS * FACTORES DE CRECIMIENTO * AGUA NUTRIENTES
- 49. Todos los microorganismos requieren una fuente de energía para: • FOTOTROFOS Luz • QUIMIOTROFOS Oxidación (pérdida de electrones de un átomo) de un compuesto químico 1. Biosíntesis 2. Movilidad 3. Transporte de nutrientes De acuerdo a la forma de obtener energía se clasifican en: - Quimioorganotrofos - Quimiolitotrofos * ENERGÍA
- 50. • Utilizado por los microorganismos para sintetizar los compuestos orgánicos requeridos para las estructuras y funciones de la célula • Según la fuente principal de carbono utilizada, los microorganismos se clasifican como: AUTOTROFOS: Utilizan como fuente de carbono al CO2, a partir del cual sintetizan los esqueletos carbonados de los metabolitos orgánicos HETERÓTROFOS: Utilizan compuestos orgánicos como fuente de carbono (que se debe encontrar en forma asimilable) CARBONO
- 51. El nitrógeno es utilizado por las bacterias para formar aminoácidos, pirimidinas, purinas etc. Los microorganismos son muy versátiles en las fuentes de nitrógeno que utilizan: • Nitrógeno atmosférico (fijadores) • Compuestos inorgánicos de nitrógeno • Compuestos orgánicos nitrogenados NITRÓGENO
- 52. Utilizado para la síntesis de aminoácidos azufrados que tienen un papel muy importante en la estructura terciaria de las proteínas y en el sitio catalítico de enzimas Diversidad en la utilización de las fuentes de azufre: • Compuestos orgánicos de azufre: como aminoácidos azufrados • Compuestos inorgánicos de azufre: sulfatos • Azufre elemental * AZUFRE
- 53. • Indispensable para las transferencias de energía y la síntesis de ácidos nucléicos y fosfolípidos Fuentes de fósforo: en forma de fosfatos orgánicos o inorgánicos • Estabilizan o activan los compuestos biológicos como enzimas, ribosomas, membranas etc. • Estan en el medio como sales que contienen: K+, Mg2+, Mn2+, Ca2+, Na+, PO43-, Fe2+, Fe3+ y trazas de Cu2+, Co2+ y Zn2+, se requieren solo trazas * FÓSFORO * IONES INORGÁNICOS
- 54. Diversidad de especies microbianas • Los microbios nos rodean por todas partes - aire, agua, suelo. • 1 gramo de suelo contiene 1000.000.000 mil millones de microbios
- 55. Dinámica de poblaciones • Un tipo de microorganismos prospera en su ambiente sólo mientras las condiciones son favorables para su crecimiento y supervivencia.
- 56. 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 prevalecientes antes cede su lugar a un organismo mejor adaptado a las nuevas.
- 58. CH4 CO2 atmosférico Metanógenos Humus Cianobacterias y algas Descomposición CO2 Quimiorganótrofos Bacterias metanotróficas MICROORGANISMOS EN EL CICLO DEL CARBONO
- 59. SO2 SO2 Putrefacción HS-R CaSO4 FeS SO2 4 O2 H2S (g) HS S 0 SO2 4 Reducción desasimilatoria Ambiente óxico SO2 4 Ambiente anóxico SO2 4 HS Bacterias quimiolitotróficas oxigénicas Bacterias fototróficas anoxigénicas Reducción asimilatoria S 0 MICROORGANISMOS EN EL CICLO DEL AZUFRE
- 60. Nitrificación en 2 pasos: - Nitrosomonas, que oxida el NH3 a nitritos (NO2 ) - Nitrobacter, que oxida el NO2 a nitrato (NO3 ) Desnitrificación conversión desasimilatoria de NO3 a N2, NO y N2O. Retorno del nitrógeno a la atmósfera y empobrecimiento del suelo Reducción asimilatoria del nitrato por las plantas. Conversión de NO3 en forma orgánica Nódulos leguminosos con Rhizobium NO, N2, N2O NH3 NO3 N2 atmosférico Descomposición de compuestos orgánicos de nitrógeno, por bacterias amonificantes (a pH neutro se encuentra como radical NH4 + ) Amonificación MICROORGANISMOS EN EL CICLO DEL NITRÓGENO
- 61. AGRICULTURA Y GANADERÍA ASPECTOS NEGATIVOS ASPECTOS POSITIVOS LIXIVIACIÓN MICROBIANA FERMENTACIONES FARMACIA BIOTECNOLOGÍA OBTENCIÓN DE ENERGÍAS LUCHA CONTRA LA CONTAMINACIÓN MICROBIOLOGÍA CLÍNICA CONSERVACÍÓN DEL MEDIO AMBIENTE SALUD Tienen importancia para el hombre en campos como LOS MICROORGANISMOS • Organismos patógenos • Plantas leguminosas • Animales rumiantes con INDUSTRIA Con utilidades como Con utilidades como Estudiando los agentes infecciosos la IMPORTANCIA PARA EL HOMBRE DE LOS MICROORGANISMOS
- 62. MECANISMOS QUE CONTRIBUYEN DEPENDE DE NO SIEMPRE PRODUC E UNA • Infección que produce daños en el huésped • Invasión de un ser vivo por microorganismos patógenos. INFECCIÓN ENFERMEDAD Susceptibilidad del huesped. Grado de patogenicidad o virulencia del microorganismo. Factores ambientales. Equilibrios o desequilibrios en la flora bacteriana normal. Invasión y destrucción de tejidos. Toxinas que inducen una pérdida de funcionalidad. Escape a la respuesta inmunitaria. ENFERMEDADES Y MICROORGANISMOS
- 63. BIBLIOGRAFIA. • Robertis y Robertis. Biología Celular y Molecular.2004 • http://www.biol.unlp.edu.ar/ecologiamicrobiana/intpobmic.p df. • http://www.scielo.org.ar/scielo.php?pid=S0325- 75412011000200011&script=sci_arttext. • Clases de Mg. Q.F. Mirtha Roque Alcarraz. • http://www.fagro.edu.uy/~microbiologia/docencia/materiales %20teoricos/genetica.pdf 63