tema 1. conceptos, desarrollo histórico y futuro de la microbiología

TEMA 1. CONCEPTOS, DESARROLLO
HISTÓRICO Y FUTURO DE LA
MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL
1. CONCEPTOS BÁSICOS
La microbiología es la ciencia expermiental que estudia los microorganismos y sus interacciones con otros
organismos y con el medio ambiente.
La microbiología industrial es la parte de la microbiología que estudia las aplicaciones industriales de los
microorganismos, es decir, las interacciones beneficiosas (transformación de productos, producción de
sustancias, obtención de masa microbiana...)
La biotecnología es la utilización de organismos vivos, o partes de los mismos, para obtener o modificar
productos, mejorar plantas o animales o desarrollar microorganismos para objetivos específicos.
OBTENCIÓN DE PRODUCTOS INDUSTRIALES
Existen dos vías, la química y la biológica.
La biosintesis de los animales es la ganadería, de las plantas, la agricultura; y de los microorganismos, la
microbiología industrial.
La biotecnología molecular es la aplicación de las técnicas del DNA recombinante en los seres vivos para la
obtención de productos de interés industrial.
PROCESOS EN MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL
Usamos un microorganismo, que es el biocatalizador en un sustrato, y de ahí se recupera y purifica el
producto y se eliminan los residuos o los materiales de desecho.
2. OBJETIVOS DE LA MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL
1) Las células microbianas propiamente dichas: SCP (proteína unicelular usada en nutrición humana y
animal), vacunas, biofertilizantes, biopesticidas...
2) Las macromoléculas que sintetizan: enzimas (en la industria alimentaria como proteínas terapeúticas),
polisacáridos (para fabricar detergentes)...
3) Los productos de su metabolismo: primario (compuestos esenciales para su crecimiento) y secundario
(compuestos no esenciales para su desarrollo), este es adaptativo, se inducen rutas metabólicas en
condiciones adversas que permiten el microorganismo sobrevivir sin crecer demasiado.
4) Bioconversiones (uso de microorganismos para sustituir etapas en un proceso de conversión químico)
5) Alimentos y bebidas como queso, leche fermentada, vino... estabilizando productos perecederos.
6) La lixiviación bacteriana de menas, enriquecerlas con MO (actualmente está casi restringido a las menas
de uranio).
7) Tratamiento de residuos y Biorremediación.
3. DESARROLLO HISTÓRICO
 6000 aC: fermentación de cerveza por los sumerios y los babilonios, descrito en tablillas
 4000 aC: elaboración de pan por los egipcios
 1400 aC: destilación de licores por los chinos
 1687 dC: descripción de MO por Leewenhoek
 1873: descripción de las levaduras y la fermentación por Pasteur al estudiar las enfermedades de la
cerveza y del vino
 1883: primer cultivo puro de levadura cervecera por Hansen
 1897: descubrimiento de las enzimas por Buchner
 1914: en la 1ª Guerra Mundial: gracias a unos estudios de Pasteur Neuberg, en Alemania, consigió la
producción microbiana de glicerol al transformar la fermentación alcohólica en una que produjera glicerol
con Saccharomyces cerevisiae aunque este es un proceso más caro que obtener glicerol a partir de
grasas; y Weizmann, en Inglaterra, a través de Clostridium acetobutylicum consigue producir acetona y
butanol por fermentación, este es un proceso normal que se continuo tras la guerra, al contrario que el
de Neuberg.
1ª ETAPA
1. Diseño de fermentadores industriales (anaerobia)
2. Selección y conservación de cepas
3. Diseño de medios de cultivo para la industria
4. Técnicas de esterilización
5. Preparación de inóculos
6. Control de la contaminación (bacteriana y vírica)
7. Producción aérobica de ácido cítrico en 1923, a partir de Aspergillus niger en Alemania
En 1928 Fleming descubre la penicilina ya que en su trabajo con Staphulococcus aureus existía un halo de
inhibición por la presencia de un hongo.
En 1940, Florey y Chain aislan el producto del hongo Penicillium notatum que inhibia a S.aureus, que es la
penicilina, un β-lactámico, descubrieron la penicilina G en Inglaterra y se movieron a EEUU donde
consiguieron apoyos suficientes para que en 1942 se realice la primera producción industrial de penicilina.
En 1944, Waksmann describe nuevos antibióticos y se descubre un género de microorganismos,
Streptomyces, que produce unos 60 antibióticos al tener un metabolismo secundario muy desarrollado, de
esta forma se descubrieron nuevas rutas metabólicas y nuevos antibióticos como la estreptomicina.
2ª ETAPA
1. Diseño de fermentadores con sistemas de agitacion, aireación y termorregulación.
2. Diseño de sistemas eficaces de esterilización "in situ"
3. Mejora genética de cepas, consiguiendo que una cepa productora de penicilina pase de producir mg/L
a 60-70g/L.
En 1973 se describe la tecnología del DNA recombinante por Cohen y Boyer, esta tecnología nos permite
hacer lo que la naturaleza hace pero en el laboratorio, permitió el salto de manipular los genes que un
microorganismo tiene a introducir genes en un microorganismo para que produzca los genes que nos
interesa.
En 1978 se introducen genes humanos en E.coli concretamente el gen de la insulina, ya que hasta ese
momento se obtenía esta del cerdo con un rendimiento muy bajo y con algunos casos de rechazo; la
producción de insulina por E.coli causó ciertos problemas éticos por tratarse de un gen humano que se
modifica y se lleva a una bacteria.
En 1983 se transforman plantas con Ti, en 1988 se desarrolla la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) y
en 1996 ya existen 32 fármacos autorizados sintetizados mediante ingeniería genética.
3ª ETAPA
1. Inmovilización de células y enzimas
2. Cultivo de células
3. Tecnología del DNA recombinante "in vitro"
4. Secuenciación automática del DNA
5. Síntesis automática del DNA
Craig Venter consiguió eliminar a una bacteria su genoma y le introdujo el genoma que había sintetizado, de
esta bacteria copió su información genética y se lo introdujo a otra que generó una colonia.
4. PERSPECTIVAS FUTURAS
1- Diagnóstico, prevención o curación de enfermedades infecciosas y genéticas.
2- Aumento del rendimiento de cultivos: biofertilizantes, biocontrol, creando plantas transgénicas resistentes a
insectos, hongos y virus.
3- Desarrollo de microorganismos que producirán compuestos químicos, polímeros, aminoácidos, enzimas y
varios aditivos de alimentos.
4- Facilitar la eliminación de contaminantes y residuos tóxicos del medio ambiente.
5. RIESGOS DE LA BIOTECNOLOGÍA
¿Puede ser algún organismo modificado genéticamente perjudicial para otros organismos o el medio
ambiente?
¿Puede el desarrollo y uso de los organismos modificados genéticamente reducir la diversidad genética
natural?
6. ASPECTOS ÉTICOS
¿Pueden/deben modificarse genéticamente a los seres humanos? ¿Dónde está el límite?
¿Los nuevos diagnósticos invadirán la privacidad de las personas?
¿Podemos crear vida?
¿Es patentable la vida?