Tema 33. (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Complutense de Madrid (UCM)
Grado Farmacia - 3º curso
Asignatura Microbiologia I
Año del apunte 2016
Páginas 5
Fecha de subida 20/06/2017
Descargas 2
Subido por

Vista previa del texto

    Tema  33:  Microbiología  industrial     Microbiología  industrial:  disciplina  que  utiliza  los  microorganismos,  cultivados  a  gran  escala,  para  obtener   productos  con  valor  comercial.   -­‐  Destilación  de  alcohol  para  bebidas   -­‐  Vino  y  cerveza   -­‐  Transformación  de  leche  en  derivados  lácteos   Estos  procesos  de  cultivo  a  gran  escala  se  denominan  fermentación  y  a  los  recipientes  en  los  que  se  hacen   fermentadores.     Hasta  la  época  de  Pasteur  no  se  sabía  que  las  fermentaciones  las  hacen  los  microorganismos.   Biotecnología:  aplicación  de  métodos  de  manipulación  génica  a  los  microorganismos.  Se  pueden  obtener   productos  generalmente  no  producidos  de  forma  natural  por  ellos.   Microbiología  industrial  y  biotecnología  podrían  ser  términos  equivalentes.     Productos  de  la  microbiología  industrial   Nos  pueden  interesar  las  propias  células  como   tales,  como  las  levaduras.  Se  usa  pasta  de  levadura   fresca  prensada  para  hacer  pan;  levadura  seca   activa  para  la  fabricación  de  masa  panaria  o  vino;  y   levadura  alimentaria  por  sus  aspectos  nutritivos  y   mejora  de  la  dureza  de  las  uñas.       Los  inóculos  microbianos  son  células  que  sirven   para  un  proceso  industrial,  como  vino  o  leche.  El   starter  de  yogur  es  el  que  inicia  el  proceso  de   fabricación  del  yogur.  Hay  inóculos  de  Rhizobium   para  fijar  nitrógeno  de  las  plantas  en  las  raíces  de   las  leguminosas.  Se  puede  considerar  como  abono.       Los  procesos  de  bioconversión  son  cuando  no  se  utilizan  los  microorganismos  para  producir  un  producto   natural,  sino  que  solo  nos  interesa  una  reacción  enzimática.  Se  le  da  un  compuesto  al  microorganismo  y  por   una  reacción  bioquímica  se  convierte  en  un  producto  con  interés  industrial.  Los  esteroides  no  se  pueden   formar  por  las  bacterias,  pero  pueden  formar  compuestos  previos.     Cortisol  à  Prednisolona     Arthrobacter  simplex   Dienol  à  Triendiol       Septomyxa   b-­‐sitosterol  à  Androstadiona     Mycobacterium  spp.   Los  productos  propios  de  las  células  microbianas  son:   §  Proteínas:  enzimas.  Podemos  purificar  enzimas  de  microorganismos  para  utilizarlas  en  la  industria.  Muchas   se  usan  en  biotransformación.  Como  la  glucosa  isomerasa.   §  Metabolitos  primarios:  se  forman  durante  la  fase  exponencial  de  crecimiento  microbiano  (trofofase).   Producen  sus  compuestos,  como  alcohol,  ácido  láctico,  ácido  cítrico,  ácido  ascórbico,  aminoácidos,   nucleótidos,  vitaminas.  Podemos  extraer  estos  compuestos  de  las  células,  purificarlos  y  utilizarlos  en  la   industria  alimentaria.  El  etanol  se  usa  para  quemarlo  o  como  biocombustible.   -­‐  Ácidos  orgánicos:  ácido  cítrico   -­‐  Alcohol   -­‐  Aditivos  alimenticios:  aminoácidos   §  Metabolitos  secundarios:  formados  al  final  de  la  fase  exponencial  o  durante  la   fase  estacionaria  (idiofase).  Las  células  han  dejado  de  crecer.  No  los  tienen  todos   los  microorganismos.  Lo  que  producen  no  es  esencial  en  su  crecimiento,  por  eso   no  se  produce  en  la  fase  exponencial.  Depende  del  medio  de  cultivo.  A  menudo   se  producen  como  un  grupo  de  estructuras  muy  relacionadas.  Son  los   antibióticos,  como  la  penicilina.  Al  microrganismo  le  sirve  como  defensa  ante   otros  microorganismos.  No  producen  grandes  cantidades.         1       Microrganismos  industriales   Phylum  Proteobacteria   Son  Gram-­‐  anaerobios  facultativos.   -­‐  Escherichia  coli.  Puede  ser  utilizada  en  biotecnología,  es  el  sistema  que  se  utiliza  masivamente  para  producir   productos  recombinantes  con  técnicas  de  ingeniería  genética.  Producen  insulina.       Gram-­‐  aerobios:   •  Gamma:   -­‐  Pseudomonas.  Es  una  especie  muy  versátil.  Produce  alginatos  que  sirven  como  espesantes  para  helados,   cremas,  etc.  La  mayoría  de  los  alginatos  proceden  de  algas,  pero  los  de  Pseudomonas  son  muy  puros,   tienen  algunas  aplicaciones  específicas.  Producen  biofilms  en  los  pulmones,  que  son  alginatos   (exopolisacárido).  También  sirven  para  procesos  de  biorremediación,  degradan  el  petróleo  y  otros   contaminantes.     -­‐  Xanthomonas.  Producen  los  xantanos,  que  son  espesantes.  Dan  elasticidad  a  las  masas  de  pan  y  se  utilizan   en  cosmética  como  espesantes  de  cremas.     •  Alpha:   -­‐  Gluconobacter.  El  alcohol  es  oxidado  a  acético  (vinagre).  No  es  una  fermentación  bioquímica,  es  oxidación   del  alcohol  a  acético.   -­‐  Acetobacter.  El  alcohol  es  oxidado  a  acético  (vinagre).  No  es  una  fermentación  bioquímica,  es  oxidación  del   alcohol  a  acético.   -­‐  Rhizobium.  Se  inocula  en  las  raíces  de  las  leguminosas  porque  fija  el  N.     Phylum  Firmicutes   Gram+  de  bajo  C+G:   -­‐  Lactobacillus,  Lactococcus,  Streptococcus.  Hacen  la  fermentación  láctica  para  dar  derivados  lácteos  (yogur,   leches  fermentadas,  etc),  salchichón.     Aspectos  nutricionales  y  terapéuticos:   -­‐  Son  organismos  seguros,  no  son  patógenos.   -­‐  Extienden  la  vida  útil  de  los  alimentos.   -­‐  Control  de  microorganismos  patógenos  (probióticos).  Están  en  la  microbiota  intestinal  y  vaginal.  Cuando   tenemos  una  disbiosis  y  se  ha  eliminado  la  flora,  estamos  deficitarios  y  nos  tomamos  el  microrganismo   completo  para  regenerarla.     -­‐  Producción  de  bacteriocinas  (Gram+).  No  son  antibióticos,  no  son  tan  complejos  y  tienen  un  espectro  de   acción  muy  reducido.     -­‐  Leuconostoc.  Produce  un  exopolímero,  el  dextrano.  Es  un  polímero  polisacarídico  que  da  textura  y  espesor.   Las  soluciones  de  dextrano  se  utilizan  como  sustitutivo  del  plasma  sanguíneo.  Tiene  una  concentración   osmótica  que  se  parece  a  la  del  plasma.       Gram+  productores  de  esporas:   -­‐  Bacillus.  Produce  una  gran  cantidad  de  compuestos  de  interés  industrial,  como  antibióticos,  enzimas     (amilasas  y  proteasas),  aminoácidos,  etc.     -­‐  Clostridium.  Se  usa  por  el  tipo  de  fermentación  que  hace,  da  compuestos  orgánicos  como  etanol  o  acetona.       Phylum  Actinobacteria   Hay  una  enorme  variedad  de  bacterias,  son  bacilos  Gram+  con  alto  contenido  en  C+G.   -­‐  Streptomyces.  Forma  hifas,  tiene  crecimiento  apical  con  ramificaciones.  Los  esporóforos  originan  esporas   (conidios)  CL.  Su  hábitat  es  terrestre,  pero  hay  algunos  acuáticos.  Tienen  pocos  requerimientos   nutricionales,  porque  viven  en  el  suelo.     Gram+  irregulares,  pleomórficos,  no  esporulados.  Producen  metabolitos  primarios  y  enzimas.   -­‐  Corynebacterium,  Brevibacterium.  Producen  aminoácidos,  que  se  pueden  obtener  fácilmente  a  partir  de   pequeñas  mutaciones.   -­‐  Propiobacterium.  Para  la  producción  de  quesos  y  vitaminas.     -­‐  Bifidobacterium.  Produce  lácteos.     -­‐  Mycobacterium,  Nocardia.  Bioconversión  de  esteroides.       2       Microorganismos  extremófilos   Las  que  nos  interesan  son  bacterias  o  arqueas  termófilas.  Hay  muchas  enzimas  que  son  utilizadas  en  las   industria  a  alta  temperatura.  Están  englobadas  fundamentalmente  dentro  de  las  arqueas  (Pyrococcus   furiosus),  pero  también  hay  algunas  bacterias,  como  Thermus  aquaticus.  Su  principal  utilidad  es  como  fuente   de  enzimas  industriales  o  para  biología  molecular.  En  la  PCR  se  usan  polimerasas  Taq  (termoestables,   provenientes  de  Thermus  aquaticus)  y  Pfu  (Pyrococcus  furiosus).       Hongos   Pueden  ser  hongos  filamentosos  (mohos).  Crecen  en  forma  de  hifas,  dando  micelios.  Sus  esporas  asexuales   son  los  conidios.     -­‐  Penicillium,  Acremonium,  Aspergillus.  Los  dos  primeros  hacen  antibióticos  (penicilina  y  cefalosporinas).   Penicillium  se  usa  también  para  quesos.  Aspergillus  produce  enzimas  (amilasas  y  proteasas)  y  ácido  cítrico.       Las  levaduras  son  hongos  unicelulares  que  se  multiplican  por  gemación.   -­‐  Saccharomyces  cerevisiae:  se  usa  para  la  fermentación  alcohólica  del  pan,  bebidas  alcohólicas,  etanol   (desinfectante),  bioetanol  (combustible),  proteínas  recombinantes.  Se  utiliza  para  proteínas  recombinantes   junto  con  E.  coli.  La  vacuna  de  la  hepatitis  B  se  produce  en  esta  levadura.  Consiste  en  el  antígeno  de   superficie.       Áreas  de  aplicación  de  la  microbiología  industrial   Industria  farmacéutica   •  Fármacos:   o  Naturales:  antibióticos,  esteroides,  alcaloides,  antiinflamatorios,  inmunodepresores,  antitumorales.   o  Recombinantes:  son  proteínas  que  se  producen  en  microorganismos  por  ingeniería  genética.  Se  hace  con   E.  coli  y  S.  cerevisiae.  Son  hormonas,  factores  de  crecimiento,  factores  de  coagulación,  productos   inmunológicos  (anticuerpos,  interferón).     •  Vacunas:  enteras  (tosferina),  toxoides  (difteria),  antígenos  (hepatitis  B).     o  Naturales.  El  microorganismo  sirve  de  vacuna.   o  Recombinantes.  El  antígeno  de  superficie  de  la  hepatitis  B  se  utiliza  como  vacuna.     •  Diagnóstico:  son  anticuerpos  frente  a  HIV  y  hepatitis  B  y  C.       Industria  química   -­‐  Ácidos  orgánicos  (ácido  cítrico,  láctico)  y  alcoholes  (bioetanol).   -­‐  Biopolímeros  en  alimentación,  cosmética  o  medicina  (xantano,  dextrano).   -­‐  Plásticos  biodegradables  (polihidroxialcanoatos)-­‐biopol.  Son  producidos  por  Ralstonia.       Agricultura   -­‐  Inóculos  de  Rhizobium.   -­‐  Bioinsecticidas.  Producen  toxinas  frente  a  insectos.  Son  producidas  por  Bacillus  thruringiensis.  Se  pueden   añadir  sobre  un  insecticida  o  se  hacen  plantas  recombinantes  que  tienen  el  gen  de  producción  de  toxinas.       Industria  alimentaria   Alimentos:   -­‐  Bebidas  alcohólicas   -­‐  Fabricación  de  pan   -­‐  Fabricación  de  quesos  y  derivados  lácticos   -­‐  Productos  cárnicos  o  vegetales  fermentados   -­‐  Producción  de  vinagre:  es  una  oxidación,  se  oxida  el  etanol  del  vino  a  acético.     Aditivos  alimentarios:  aminoácidos,  vitaminas,  polisacáridos  (espesantes  y  estabilizadores).   -­‐  Glutamato.  Es  un  potenciador  del  sabor,  da  sabor  cárnico.  Se  producen  más  de  370.000  toneladas/año.     -­‐  Aspartamo  (metil  éster  de  fen+asp).  Es  edulcorante  y  se  añade  a  bebidas  u  otros  alimentos  para  dar  dulzor.     -­‐  Lisina.  Aditivo  nutritivo.   -­‐  Metionina.  Aditivo  nutritivo.   Biomasa:     3       -­‐  Cultivos  iniciadores:  se  añaden  bacterias  lácticas  o  levadura  para  producir  alimentos  fermentados.   -­‐  Proteína  microbiana  (Fusarium).  No  se  usa  tanto  en  la  actualidad.  Es  un  hongo.       Industria  alimentaria  y  otras   Enzimas:  textil,  detergentes,  biotecnología.   -­‐  Amilasas:  pan,  detergentes,  ayuda  digestiva.   -­‐  Proteasas:  pan,  eliminación  de  manchas,  ablandador  de  carne,  detergentes.   -­‐  Celulasas:  suavizante,  abrillantador,  detergentes.   -­‐  Lipasas:  detergentes,  degradación  de  grasa.   -­‐  DNA  polimerasas:  biotecnología.  Lo  producen  arqueas.     Medio  ambiente   -­‐  Depuración  de  aguas  residuales.  Los  microorganismos  degradan  la  materia  orgánica  a  inorgánica.   -­‐  Bio-­‐reciclaje:  los  residuos  se  utilizan  para  obtener  una  revalorización  de  los  mismos  (bioetanol  o  biofuel).  En   la  industria  del  papel,  hay  azúcares  fermentables  por  levaduras  para  obtener  etanol.     -­‐  Bio-­‐remediación:  se  usan  los  microorganismos  para  degradar  productos  xenobióticos.  Son  productos  que  no   están  presentes  en  la  naturaleza,  como  derivados  del  petróleo  o  plásticos  que  no  tienen  fácil  degradación.   Es  la  recuperación  de  una  zona  terrestre  o  acuática  contaminada  que  utiliza  a  los  seres  vivos  para  eliminar   las  sustancias  contaminadas  (liberación  ambiental).  Se  usa  Pseudomonas,  por  ejemplo.       Terapia  génica   Modificación  genética  de  células  de  un   paciente,  mediante  la  inserción,  alteración  o   eliminación  de  genes,  con  el  fin  de  provocar   un  efecto  terapéutico  corrigiendo  una   anormalidad  o  introduciendo  una  nueva   función.     Los  microorganismos  son  vectores  en  la   terapia  génica.     La  enfermedad  del  paciente  puede  ser  una   mutación  en  un  gen  (se  sustituye  por  el  gen   correcto)  o  una  falta  de  un  gen  (se  añade  el   nuevo).     Para  introducir  genes  necesitamos  un  vector.   Tipos:   -­‐  Ex  vivo:  transferencia  genética  a  células  en   cultivo  extraídas  del  paciente  que   posteriormente  son  reincorporadas  al  organismo.  Sustitución  del  gen  no  funcional.   -­‐  In  vivo:  suministro  directo  del  gen  terapéutico  a  las  células  diana  de  un  determinado  órgano  o  tejido   evitando  procedimientos  de  carácter  quirúrgico.     Se  puede  hacer  la  modificación  directamente,  sin  vehículo,  o  en  liposomas.  El  que  más  se  utiliza  es  a  través  de   un  virus  que  infectará  a  la  célula.   Actualmente  se  está  haciendo  sobre  células  somáticas,  no  son  gametos.  No  se  transmiten  hereditariamente   en  el  genoma.     No  se  puede  provocar  una  infección  vírica  a  un  individuo,  por  lo  que  se  usan  virus  defectivos.  Se  eliminan  los   genes  necesarios  para  el  ciclo  replicativo  y  se  sustituyen  por  los  genes  que  se  quieren  introducir  en  la  terapia.   Necesitamos  los  genes  que  el  virus  utiliza  para  entrar  en  la  célula.     Recombinantes  y  defectivos  (sustitución  de  genes  de  ciclo  replicativo):   -­‐  Retrovirus  (RNA):  Lentivirus.     -­‐  Adenovirus  (DNAbc).   -­‐  Parvovirus  Adeno-­‐asociados  (DNAmc):  Dependovirus.  Requieren  de  manera  normal  adenovirus  para  poder   infectar  (es  una  coinfección).  Si  los  usamos  sin  Adenovirus,  introducimos  el  DNA  y  no  se  podrá  replicar   porque  no  hay  Adenovirus  (es  lo  que  nos  interesa).   -­‐  Poxvirus:  Vaccinia  (DNAbc).     4       -­‐  Herpes  simplex  virus  (DNAbc).     La  terapia  génica  es  complicada  y  no  está  lo  suficientemente  desarrollada  para  saber  que  no  va  a  producir   otros  problemas.  Está  en  investigación  actualmente.       Principales  limitaciones  de  la  terapia  génica:   -­‐  Duración  de  la  terapia.  Se  hace  sobre  células  somáticas,  por  lo  que  puede  aparecer  de  nuevo  la  enfermedad.   -­‐  Respuesta  inmunitaria.   -­‐  Problemas  con  los  vectores  virales  (patogenicidad,  respuesta  inflamatoria,  selectividad  de  las  células  diana).   -­‐  Enfermedades  multigénicas.  Es  más  difícil  hacer  la  terapia  si  son  muchos  genes  los  implicados  en  la   enfermedad.     -­‐  Posibilidad  de  inducir  tumores  (integración).   Los  primeros  ensayos  clínicos  desarrollaron  leucemia  por  el  modo  de  integración  de  los  virus.     Vacunas  recombinantes   Los  microorganismos  pueden  ser  vectores  de  vacunas  recombinantes.   Los  vectores  microbianos  son  bacterias  o  virus  usados  para  distribuir  un  gen  heterólogo  que  codifica  un   antígeno,  de  manera  que  al  administrarse  como  vacuna  produce  el  antígeno.   Su  ventaja  es  que  además  de  la  respuesta  de  anticuerpos,  inducen  linfocitos  T  citotóxicos,  cruciales  para   controlar  los  patógenos  intracelulares,  no  inducidos  por  vacunas  basadas  en  componentes.     -­‐  Salmonella/Shigella  se  usan  por  vía  oral   -­‐  BCG   -­‐  Listeria   -­‐  Adenovirus  (DNAbc)   -­‐  Virus  Adeno-­‐asociados  (DNAmc)   -­‐  Herpes  simplex  virus  (DNAbc)   -­‐  Virus  del  sarampión   -­‐  Virus  de  la  fiebre  amarilla   -­‐  Poxvirus  (Vaccinia)   Nos  tenemos  que  asegurar  de  que  los  virus  no  son  capaces  de  producir  una  infección.       5   ...

Tags: