IV Microbiologia soluciones

I.E.S. “Flavio Irnitano” – El Saucejo (Sevilla)
Departamento de Biología y Geología
ASIGNATURA: BIOLOGÍA
Curso 2.015 – 2.016
NIVEL: 2º Bachillerato
BLOQUE IV. ¿Cómo son y cómo funcionan los microorganismos? Microbiología
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1. Concepto de microorganismo
1.1. Los microorganismos se han definido tradicionalmente como seres vivos que no pueden ser observados sin la
ayuda del microscopio. Actualmente se definen como aquellos organismos que tienen en común las siguientes
características:
- Su tamaño microscópico.
- Su capacidad para desarrollar todas las funciones vitales como células individuales o agrupaciones simples de
células.
- La metodología empleada para su estudio.
1.2. No, porque en este grupo se incluyen organismos pertenecientes a grupos muy heterogéneos, pertenecientes, por
lo menos, a tres reinos.
1.3. Los microorganismos son un grupo muy heterogéneo de organismos que tienen en común las siguientes
características:
-Poseen un tamaño muy pequeño, por lo que solo son visibles con ayuda del microscopio; de ahí su nombre.
-Tienen un metabolismo muy acelerado. Se multiplican con gran rapidez, debido a su organización tan simple y a
la rapidez de su metabolismo.
-Se difunden con suma facilidad, estando diseminados por todas partes.
- Atendiendo a su organización, pueden ser tanto procariotas como eucariotas.
- Atendiendo a los efectos que producen, algunos son inofensivos, otros son beneficiosos e imprescindibles, y
algunos son nocivos.
1.4. A los microorganismos se los incluye en tres de los cinco reinos en que se dividen los seres vivos según Margulis;
estos reinos son:
- El reino Monera, que comprende las eubacterias y las arqueobacterias.
- El reino Protoctista, que incluye protozoos y algas unicelulares.
- El reino Fungi, que incluye los hongos, algunos de los cuales son considerados microorganismos (levaduras,
mohos).
También son considerados microorganismos los virus, que son seres acelulares no pertenecientes a
ninguno de los cinco reinos.
1.5. Dentro de los microorganismos se incluyen grupos muy distintos de organismos procariotas y eucariotas y seres
acelulares con una gran variedad de estrategias metabólicas y fisiológicas y capaces de colonizar todo tipo de
ambientes; se pueden encontrar, incluso, en condiciones en las que no podrían sobrevivir otros seres vivos, así
como el interior de los organismos superiores o su superficie.
1.6. Los microorganismos presentan una gran variedad de especializaciones fisiológicas que les permiten realizar
múltiples transformaciones en la naturaleza. Su papel principal consiste en la intervención en los ciclos
biogeoquímicos, donde producen las transformaciones necesarias para el reciclaje de la materia. Además,
establecen importantes relaciones ecológicas con otros seres vivos actuando, por ejemplo, como simbiontes o
patógenos. Se puede afirmar que debido a sus múltiples e importantes funciones la vida en la Tierra no sería
posible sin la presencia de los microorganismos.
Las funciones que realizan los microorganismos en la naturaleza se pueden resumir en los siguientes
apartados:
- Los microorganismos autótrofos actúan de productores en los ecosistemas, sintetizando grandes cantidades de
materia orgánica que es consumida por los organismos superiores.
- Los microorganismos heterótrofos se alimentan de compuestos orgánicos solubles y son, a su vez, alimento para
los organismos superiores.
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- Los microorganismos heterótrofos también actúan en el proceso de mineralización de los compuestos orgánicos,
al transformarlos en inorgánicos.
- Participan en la descomposición de las rocas y en la formación del suelo.
- Transforman compuestos de nitrógeno, azufre y hierro en los ciclos biogeoquímicos.
- Son los descomponedores en las cadenas tróficas de los ecosistemas.
- Juegan un importante papel, tanto en la formación recursos geológicos de interés económico (carbón o petróleo)
como en su destrucción.
1.7. Porque las estructuras de la mayoría de los microorganismos no fosilizan con facilidad, aunque hay algunas
excepciones, como los estromatolitos (biopelículas fósiles), restos fosilizados de bacterias filamentosas y
componentes como caparazones o escamas (como la frústula de las diatomeas o los cocolitos calcáreos de los
flagelados cocolitofóridos) que proliferaron entre quinientos mil y dos mil millones de años atrás.
1.8.
a) La esterilización es un tratamiento que consigue la eliminación de todos los organismos de un medio. La
esterilización puede lograrse con la utilización de diversas técnicas.
b)
- Material de vidrio. La técnica más utilizada es la esterilización por calor húmedo que se lleva a cabo en los
autoclaves. Los autoclaves son recipientes en los que se consiguen presiones superiores a la atmosférica y
muy altas temperaturas. A temperaturas superiores a 120 se consigue la eliminación de las esporas. También
se utiliza calor seco en hornos que alcanzan temperaturas de 140 a 180 durante tiempos muy largos (periodos
de una hora y media a dos horas).
- Cámara de siembra. Son las cámaras que se utilizan en los laboratorios para realizar los trabajos
microbiológicos. Mediante lámparas de luz ultravioleta se reduce el número de microorganismos (sobre
todo bacterias y esporas de hongos) presentes en el aire.
- Suero. Para la esterilización de sueros y otros líquidos que no resisten altas temperaturas se utiliza la
esterilización por filtración. El líquido se hace pasar a través de un filtro estéril que retiene los
microorganismos por el tamaño de sus poros y por adsorción.
- Superficie de trabajo. Para la eliminación de los microorganismos presentes en las superficies de trabajo se
utilizan productos químicos tóxicos y volátiles. Estas sustancias se aplican antes y después de haber
trabajado con microorganismos.
2. Criterios de clasificación de los microorganismos
2.1. Las principales diferencias que presentan los distintos grupos de microorganismos las podemos englobar en dos
grupos: estructurales y funcionales.
- Diferencias estructurales: Estas diferencias están relacionadas con el tipo de organización que presentan. Así,
tenemos:
+ Los virus no tienen organización celular, sino que son acelulares.
+ Los microorganismos pertenecientes al reino monera son unicelulares de organización procariota. Tienen las
siguientes características:
* Carecen de membrana nuclear y, por consiguiente, de núcleo definido. Por lo tanto, el material genético,
que esta formado por una molécula de ADN bicatenaria y circular, se encuentra libre en el citoplasma.
* La membrana plasmática presenta pliegues en los que se pueden localizar numerosas enzimas, entre otras
las enzimas respiratorias; en algunos en estos pliegues también llevan los pigmentos fotosintéticos.
* La mayoría poseen pared celular, y en algunos existen flagelos.
* En el citoplasma poseen ribosomas de 70 S, pero carecen de otros orgánulos celulares.
+ Los microorganismos pertenecientes a los reinos protoctistas y hongos son mayoritariamente unicelulares y
eucariotas. Aunque en estos reinos hay individuos pluricelulares, como ocurre con muchas algas, solo se
considera microorganismos a los individuos unicelulares o pluricelulares microscópicos.
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* Entre los microorganismos del reino protoctistas, algunos carecen de pared celular (protozoos), mientras
que otros (algas) poseen pared celular, formada principalmente por celulosa; estos últimos además poseen
pigmentos fotosintéticos (clorofila y otros). Los microorganismos del reino hongos tienen pared celular
de quitina.
- Diferencias funcionales:
+ En cuanto al metabolismo:
* Algunos son autótrofos, pudiendo ser fotosintéticos (sulfobacterias y algas) o quimiosintéticos (bacterias
nitrificantes), según que la fuente de energía que utilizan para transformar la materia inorgánica en orgánica
sea la luz solar o la energía desprendida de la oxidación de compuestos inorgánicos.
• Dentro de los fotosintéticos, algunos son fotosintéticos oxigénicos (algas), y otros son fotosintéticos
anoxigénicos (sulfobacterias).
* Otros son heterótrofos; a este grupo pertenecen los protozoos, los hongos y la mayoría de las bacterias.
Dentro de este grupo, según como obtengan los compuestos orgánicos, pueden ser de tres tipos:
• Saprófitos: obtienen los compuestos de la materia orgánica muerta sobre la que viven y a la que
descomponen mediante fermentaciones. A este grupo pertenecen algunas bacterias y algunos hongos.
•Simbiontes: obtienen los compuestos de otros seres sobre los que viven y a los que ocasionan algún
beneficio. A este grupo pertenecen algunas bacterias, como las que forman la flora intestinal.
•Parásitos: obtienen los compuestos de otros seres sobre los que viven y a los que ocasionan alteraciones
más o menos graves. A este grupo pertenecen las bacterias patógenas, algunos protozoos y algunos
hongos.
La mayoría de los microorganismos son aerobios, necesitan oxígeno. Otros son anaerobios, son
capaces de vivir sin oxígeno, pudiendo ser estrictos o facultativos.
+ En cuanto a la reproducción, destaca lo siguiente:
* La mayoría tienen reproducción asexual, en unos casos por bipartición (bacterias, protozoos, algas), en otros
casos por gemación (levaduras), y en otros por esporulación (algunos protozoos, algas, hongos).
• En las bacterias la bipartición es diferente a la que se da en los demás tipos, es directa, sin procesos de
mitosis.
* La reproducción sexual también se da en algunos casos. Las bacterias no tienen reproducción sexual
propiamente, pero sí presentan fenómenos parasexuales.
+ Los virus se diferencian de los demás microorganismos en que no tienen metabolismo propio y, para poder
reproducirse, necesitan de la maquinaria de la célula; por ello, son parásitos obligados.
2.2. La materia circula en la naturaleza entre los seres vivos y el medio abiótico en un sistema cerrado, en el que
prácticamente no se producen pérdidas: todos los nutrientes son recuperados por el ecosistema (si bien parte de la
energía se pierde en forma de calor).
- Los organismos productores elaboran los compuestos orgánicos a partir de un compuesto inorgánico, el CO2,
utilizando como fuente de energía la luz o compuestos inorgánicos simples (fotoautótrofos y
quimiolitoautótrofos, respectivamente).
La materia orgánica elaborada por los productores es esencial para el resto de los organismos vivos, que
la utilizan como fuente de energía y carbono (organoheterótrofos).
- Los consumidores (herbívoros y carnívoros) y detritívoros aprovechan la materia orgánica sintetizada por los
productores alimentándose directamente de ellos o de otros organismos consumidores.
- Los descomponedores son microorganismos que degradan la materia orgánica en descomposición y la
remineralizan, de forma que pueda ser utilizada de nuevo por los productores; de este modo se origina un nuevo
ciclo.
Los distintos niveles tróficos entre los que se transfieren materia y energía constituyen una cadena trófica.
2.3. Las pruebas bioquímicas se basan en la gran diversidad metabólica que presentan las bacterias. Cada grupo
taxonómico dispone de un genotipo característico y, por tanto, de un equipo enzimático, que le permite utilizar y
transformar sustratos específicos, sobre los que no actúan otras especies. En estas diferencias metábolicas se
fundamentan las pruebas bioquímicas
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Entre las pruebas más utilizadas se encuentran:
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- Prueba de la catalasa. Se basa en la detección de la enzima catalasa en las bacterias. Las bacterias se cultivan en
un medio con agua oxigenada al 3%, y es positiva cuando se producen burbujas de O2, procedentes de la
transformación del agua oxigenada en H2O y oxígeno molecular. Así se diferencian el género Staphylococcus
(catalasa +) del género Streptococcus (catalasa -).
- Prueba del agar manitol. Sirve para identificar bacterias capaces de fermentar el manitol. Se prepara un cultivo
con manitol como única fuente de azúcar, donde se cultivan las bacterias. La prueba será positiva si el medio
toma color amarillo. Así se identifican bacterias patógenas de la especie Staphylococcus aureus.
2.4.
- Clasificación:
+ Formas acelulares: virus, viroides y priones.
+ Formas celulares:
*Organización procariota (bacterias).
*Organización eucariota (algas, hongos y protozoos)
- Grupos:
+ Virus (carácter acelular, un solo tipo de ácido nucleico)
+ Bacterias (organización procariótica, unicelulares, división por bipartición)
+ Algas (organización eucariótica, unicelulares o pluricelulares, fotosintéticas)
+ Hongos (organización eucariótica, unicelulares o pluricelulares, nutrición por absorción, heterótrofos)
+ Protozoos (organización eucariótica, unicelulares, heterótrofos)
2.5.
-Bacterias: microorganismos con una organización celular procariota. Se dividen en bacterias gramnegativas,
bacterias grampositivas, micoplasmas y arqueobacterias.
- Protistas: microorganismos con una organización celular típicamente eucariota, unicelulares o coloniales, en los
que no existe diferenciación tisular (no presentan tejidos).Se incluyen en este grupo los protozoos, las algas
microscópicas y los hongos mucosos.
- Hongos: grupo de organismos eucariotas unicelulares o filamentosos que se alimentan por absorción de los
nutrientes disueltos en el medio. Producen enzimas extracelulares que permiten la hidrólisis de polímeros
complejos para obtener sustancias más sencillas, que absorben a través de sus membranas. Se incluyen en este
grupo los hongos filamentosos y las levaduras.
- Virus: organismos acelulares constituidos por un fragmento de un ácido nucleico (ADN o ARN, nunca ambos),
rodeado por una cubierta proteica, que pueden alternar un estado extracelular inerte y un estado intracelular
activo.
2.6. Las cianobacterias se han incluido entre las algas hasta hace poco porque llevan a cabo la fotosíntesis oxigénica y
presentan clorofila a (y no bacterioclorofila) entre sus pigmentos fotosintéticos. Sin embargo, poseen una estructura
y organización típicamente bacterianas (procariotas).
2.7.
- Autótrofo: forman su materia a partir de materia inorgánica./Heterótrofo: forman su materia a partir de materia
orgánica.
- Quimiosíntético: obtienen la energía para formar sus moléculas a partir de oxidación de sustancias
químicas./Fotosintético: idem a partir de la energía luminosa.
- Productor: Organismo que en un ecosistema sintetiza a partir de materia inorgánica la materia orgánica que
circulará por el ecosistema./Consumidor: Organismo que obtiene su materia y energía de otro organismo.
2.8. Criterios:
-Organización celular.
- Estructura donde se realiza la reacción.
- Tipo de clorofilas.
- Medio donde predominan (continental o acuático)
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2.9. ¿No, porque los organismos fotosintéticos utilizan la luz como fuente de energía y, en general, los manantiales
submarinos se localizan por debajo del límite de penetración de la luz.
2.10.
a) A: protozoo, B: virus, C: bacteria, D: hongo. El virus es una forma acelular.
b) Cápsida proteica rodeando un ácido nucléico.
c) Protozoos y virus, ninguna. Bacterias (queso, yogur,…). Hongos (bebidas alcohólicas, pan, etc), producción de
alimentos.
d) Presencia
de pared celular, ausencia de núcleo diferenciado, un cromosoma circular, ausencia de orgánulos membranosos en
el citoplasma, ribosomas algo distintos.
2.11.
- Bacterias autótrofas → Fotosíntesis
La fotosíntesis, conversión de la energía luminosa en energía química, la realizan los organismos
fotótrofos. La mayor parte de los organismos fotótrofos son también autótrofos, es decir, capaces de crecer con
CO2 como única fuente de carbono. La energía de la luz se usa en la reducción del CO2 a compuestos orgánicos.
Existen bacterias capaces de realizar fotosíntesis.
- Conjugación → Recombinación genética
La recombinación genética implica el intercambio físico de material genético entre elementos genéticos.
Uno de los mecanismos de recombinación que tienen lugar en procariotas implica la transferencia de ADN
durante el proceso de conjugación, donde la transferencia implica un contacto célula-célula y la presencia de un
plásmido conjugativo en la célula donadora.
- Proteínas → Anticuerpos
Los anticuerpos son de naturaleza proteica.
- Fagocitosis → Macrófagos
Los fagocitos (granulocitos polimorfonucleares y monocitos) constituyen una línea defensiva
inespecífica Importante, ya que se encargan de eliminar los microorganismos y cualquier estructura extraña de
los tejidos invadidos. Una de sus principales funciones es la fagocitosis. Los macrófagos, un tipo de monocitos,
presentan una enorme actividad fagocítica.
3. Virus
3.1. Todos los organismos que se integran en los cinco reinos son células o están formados por conjuntos de ellas. Sin
embargo, en la naturaleza existen otras formas, llamadas acelulares o subcelulares, que carecen de estructura
celular, no pueden alimentarse ni crecer y, aunque son capaces de reproducirse, solo lo hacen dentro de una célula
huésped, utilizando sus estructuras vitales.
Entre las formas acelulares se encuentran los plásmidos, los viroides y los virus. Los priones son un caso
aparte. Están formados por moléculas proteicas de las que no se conoce exactamente su mecanismo reproductor.
3.2. Desde el punto de vista bioquímico, los virus son pequeñas moléculas de ácido nucleico protegidas dentro de
cápsulas proteicas que las capacitan para entrar en las células. Pueden ser observados únicamente al microscopio
electrónico, ya que su tamaño va desde los 20 a los 300 nm.
Sus características son las siguientes:
- Solo pueden multiplicarse en el interior de una célula viva, ya que necesitan sus estructuras sintéticas y
productoras de energía. Son parásitos obligados.
- Presentan un único tipo de ácido nucleico: ADN o ARN, pero nunca ambos a la vez.
- Presentan una fase de eclipse en su ciclo de multiplicación en la que no pueden ser localizados dentro de la célula
huésped.
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3.3. Los virus son organismos acelulares (carecen de organización celular) constituidos por un fragmento de un ácido
nucleico (ADN o ARN, nunca ambos) rodeado por una cubierta proteica, que pueden alternar entre un estado
extracelular inerte y un estado intracelular activo.
Cada partícula vírica o virión está constituida por un fragmento de ácido nucleico encerrado en una
cubierta proteica o cápsida. Algunos virus presentan, además, una envoltura membranosa compuesta por una
bicapa lipidica, procedente de la célula hospedadora, asociada a proteínas víricas. El ácido nucleico de los virus
puede ser ADN o ARN, mono o bicatenario. La cápsida está formada por capsómeros, unidades estructurales
constituidas por una o varias subunidades proteicas denominadas protómeros. Las proteínas de la cápsida se
organizan regularmente alrededor del ácido nucleico, de manera que la nucleocápsida (cápsida + ácido nucleico)
presenta una simetría determinada que caracteriza la morfología del virión.
3.4. Los virus más simples contienen solo ADN o ARN para codificar de 4 a 8 proteínas, aunque existen virus
complejos que pueden codificar entre 100 y 200 proteínas distintas. Dichas proteínas pueden ser:
- Estructurales, que constituyen la estructura final del virión.
- Enzimáticas, implicadas en la síntesis de los ácidos nucleicos.
- Aglutinantes, que interactúan con los receptores celulares y capacitan al virión para propagar la infección.
3.5. Los virus se pueden clasificar de las siguientes maneras:
- En función del hospedador:
+ Virus bacterianos (también denominados bacteriófagos).
+ Virus vegetales
+ Virus animales.
- Según el ácido nucleico que contengan:
+ Virus de ADN, monocatenarios o bicatenarios.
+ Virus de ARN. monocatenarios o bicatenarios.
- Según la simetría de la nucleocápsida:
+ Virus con simetría helicoidal.
+ Virus con simetría icosaédrica.
+ Virus complejos.
- Según la presencia o ausencia de envoltura:
+ Virus con envoltura.
+ Virus desnudos.
- Según las enfermedades que causan, en virus de la gripe, de la hepatitis...
3.6. Los virus pueden existir en dos fases: extracelular e intracelular. En la fase extracelular los virus presentan una
estructura definida y cada partícula vírica se denomina virión. En la fase intracelular, los virus existen como ácidos
nucleicos que se replican y que inducen al metabolismo del huésped a sintetizar los componentes del virión;
finalmente se liberan partículas víricas completas.
3.7.
a) Virus bacterianos (también denominados bacteriófagos), virus vegetales y virus animales.
b) Virus de ADN y virus de ARN, monocatenarios o bicatenarios.
c) Virus con simetría helicoidal, virus con simetría icosaédrica y virus complejos.
3.8. Según algunas hipótesis, los virus no pueden ser considerados seres vivos, ya que no llevan a cabo las funciones
de nutrición y relación; no obstante, sí son capaces de multiplicarse (lo que equivale a reproducirse), aunque para
ello precisen de la maquinaria metabólica de una célula, que recibe el nombre de hospedadora. Los virus estarían
en el límite de lo que puede considerarse como "vida".
3.9. Estas hipótesis proponen que los virus derivan de la propia célula hospedadora, y que son elementos génicos que
adquirieron independencia del genoma principal (probablemente transposones o plásmidos) y, posteriormente, se
rodearon de una cubierta proteica y se independizaron de la célula para volverse infectivos.
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3.10. Los virus, formados por proteínas y un tipo de ácido nucléico, no tienen una organización comparable a las
célutas procariotas o eucariotas y en estado extracelular no presentan actividad metbólica ni capacidad de
replicación, es decir, son “inertes”. Sin embargo contienen información genética independiente y en el interior de
las células hospedadores esta información permite la síntesis de ARNm, protínas y la replicación del ácido nucleico
virales; incluso pueden “manipular” en su beneficio la maquinaria replicativa y metabólica del hospedador. Como
portadores de información genética propia, estos organismos podrían incluirse en la categoría de seres vivos
dependientes en sus funciones vitales de otras células.
3.11.
- Argumentos a favor:
+ Contienen información genética propia.
+ Dirigen su proceso de replicación.
+ Generan una progenie viral.
- Argumentos en contra:
+ Carecen de organización celular.
+ Tienen ADN o ARN, pero no ambos.
+ Son incapaces de reproducirse de forma independiente.
+ No llevan a cabo las funciones de nutrición y relación.
3.12. La teoría celular puede resumirse en los siguientes puntos: Todos los seres vivos están formados por células. La
célula es la unidad estructural y funcional de los seres vivos, ya que posee la maquinaria necesaria para mantener
su propia existencia. Toda célula procede de otra preexistente.
Ninguno de estos postulados es aplicable a los virus, ya que los virus no son células; son organismos
acelulares y parásitos celulares. Desde esta perspectiva, los virus no encajarían en la definición de ser vivo y, por
esta razón, muchos científicos no consideran los virus como seres vivos.
Sin embargo, al igual que todos los seres vivos, poseen información genética (ADN o ARN) que les
permite reproducirse, aunque solo podrán hacerlo parasitando una célula (parásitos obligados). Para otros muchos
científicos, los virus poseen la cualidad esencial de la vida: la información para ser reproducidos, y por esta razón
consideran los virus como seres vivos.
3.13. Que los virus son incapaces de sobrevivir en ausencia de la célula hospedadora. Los virus no pueden llevar a
cabo todas las funciones necesarias para una vida independiente, sino que dependen de las células a las que
invaden y cuya maquinaria sintética utilizan, aunque sí tienen información genética propia.
3.14.
- Composición simple (están constituidos exclusivamente por un ácido nucleico asociado a proteínas) y
organización acelular (carecen de organización celular).
- Presencia de un solo tipo de ácido nucleico.
- Los ácidos nucleicos pueden aparecer de todas las formas posibles: ADNds, ADNss, ARNds, ARNss
- Incapacidad para reproducirse de forma independiente: precisan de la maquinaria metabólica de una célula
hospedadora. Son parásitos intracelulares obligados.
3.15. Los virus producen efectos perjudiciales en la mayoría de sus hospedadores y son los agentes causantes de
numerosas enfermedades en las plantas y animales, como el sida o las hepatitis en el ser humano. Sin embargo,
también presentan aspectos positivos: en algunos casos aportan nuevas propiedades, sin causar daño, a sus células
hospedadoras, y en la actualidad, gracias a los avances en ingeniería genética y biotecnología, se utilizan para
clonar genes, con fines sanitarios o industriales, en beneficio del ser humano.
3.16. Hay autores que opinan que los virus han tenido un papel fundamental en la evolución de los seres vivos. Los
virus pueden insertarse en el material genético de algunos seres vivos, transportando la información a otros. Esto
llevaría a una ampliación de la teoría endosimbionte de Margulis. Se han encontrado multitud de secuencias virales
en genomas de distintas especies.
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3.17. Los virus se deben cultivar sobre células porque son organismos parásitos intracelulares obligados y necesitan de
la maquinaria replicativa de las células del hospedador para sintetizar y replicar sus propios componentes. Por esta
razón no se podrían cultivar sobre medios artificiales.
3.1. Composición y estructura
3.1.1. Los virus carecen de organización celular. Están constituidos básicamente por un fragmento de ácido nucleico
rodeado de una cubierta proteica. En algunos grupos presentan, además, una envoltura membranosa externa
obtenida a partir de la célula hospedadora.
3.1.2.
- Estructura helicoidal. Es el tipo de estructura más simple. Consiste en una hélice de proteínas con el ARN o el
ADN protegido dentro de ella. Ejemplo, el virus del mosaico del tabaco.
- Virus icosaédrico o cuasi-esférico. La cápsida está formada por un icosaedro. Cada una de las 20 caras
triangulares está constituida por tres subunidades capsídicas idénticas, haciendo un total de 60 subunidades por
cápsida. Ejemplo, el virus de la polio.
Existen virus cuya cápsida, ya sea helicoidal o icosaédrica, está envuelta por una cubierta externa
adicional, que en muchos casos es un fragmento de la membrana plasmática de la célula huésped. Ejemplo de
virus con cápsida poliédrica y envoltura es el productor del herpes labial.
- Virus complejos. Algunos virus bacterianos, como los fagos ADNbc, que atacan a la bacteria Escherichia coli,
presentan viriones de estructura compleja. Estos fagos presentan:
+ Una cabeza icosaédrica.
+ Una cola con una vaina helicoidal.
+ Una placa basal donde acaba la cola, de la que salen unas cortas espinas de anclaje que le sirven para fijarse a
la bacteria.
3.1.3. Es un ARN, porque contiene uracilo, de cadena simple, pues no se cumplen las reglas de Chargaff (A=U, C=G).
3.1.4. Si fuera bicatenario tendría un 40% de G + 40% de C y 10% de A + 10% de T, lo cual supone el 100%, por lo
tanto puede ser bicatenario.
3.1.5. No, las propiedades patógenas de los virus dependen de que su ácido nucleico se introduzca en un huésped y se
repliquen los componentes virales, produciendo nuevas partículas que se diseminan a otras células; la cápsida por
sí sola solo puede adherirse al hospedador, pero no causará daño o la muerte de la célula huésped, porque los virus
no se reproducen.
3.1.6. A la envoltura, una capa externa membranosa presente en algunos virus. Las hemaglutininas y las
neuraminidasas participan o ayudan a la unión del virión a la célula huésped, por ejemplo, en el virus de la gripe.
3.1.7. El virión del VIH tiene forma esférica de unos 100 nm de diámetro. Está envuelto por una bicapa fosfolipídica
de la que emergen unas protuberancias glucoproteicas. Cada protuberancia está anclada en otra proteína que
atraviesa la bicapa. Rodeando el nucleoide o corpúsculo central del virión, se encuentra una envuelta de naturaleza
proteica de forma trapezoidal. El nucleoide está constituido por una tercera capa proteica, en cuyo interior se
encuentran dos moléculas idénticas de ARN rodeadas por unas fundas de proteínas que llevan adheridas moléculas
de transcriptasa inversa.
3.1.8.
a) Es un virus con morfología variable, cuyos viriones presentan formas filamentosas. Su material genético está
formado por ARN monocatenario lineal de polaridad negativa. La cápsida es helicoidal, recubierta por una
envoltura vírica.
b) Los síntomas de la enfermedad que produce suelen comenzar entre los dos días y las tres semanas después del
contagio con fiebre, dolor de garganta, dolores musculares y dolor de cabeza. Por lo general, siguen náuseas,
vómitos y diarrea, junto con fallo hepático y renal. En este momento, algunos pacientes empiezan a sufrir
complicaciones hemorrágicas.
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3.1.9. El fago T4, por ejemplo, presenta:
- Una cabeza icosaédrica que contiene el genoma de ADN.
- Una placa en la base de la cabeza.
- Una cola formada por un collar que la une a la cabeza, consistente en un tubo hueco central, una vaina que rodea
al tubo y una placa basal compleja. La placa basal es hexagonal y tiene un gancho y una fibra del tallo
articulada en cada ángulo. Las fibras del tallo son las responsables de la unión del virus al sitio adecuado de la
superficie de la bacteria.
Componentes estructurales de la célula huésped a los que se unen los bacteriófagos son: lipopolisacáridos y
proteínas de la pared celular, ácidos teicoicos, flagelos y pili.
3.1.10.
a) Un virus, concretamente un bacteriófago.
b) proteínas y un tipo de ácido nucleico.
c)
A:cápsida (aloja el ácido nucleico).
B: cola helicoidal (“inyección” del ácido nucleico en la célula huesped).
C: fibras de la cola (adsorción).
D: placa basal (fijación a la membrana de la célula huesped).
3.1.11. Porque no posee ni las moléculas ni las estructuras que realizan las funciones vitales.
3.1.12. Se trata de una microfotografía realizada mediante microscopía electrónica de transmisión en la que se puede
visualizar a un bacteriófago, un virus bacteriano, infectando a una célula. Se observa la cabeza icosaédrica y la
cola, en la que se pueden distinguir la placa basal y las fibras del tallo. La fijación del fago se produce porque las
fibras del tallo han establecido contacto con los receptores adecuados.
3.1.13. Los retrovirus poseen dos copias idénticas de ARN monocatenario, que se replican de manera inusual a través
de una forma intermedia de ADN bicatenario. Este proceso puede llevarse a cabo gracias a la presencia de una
enzima clave, la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, que dirige la síntesis de ADN a partir de ARN.
El VIH, causante del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (sida), es un retrovirus.
3.1.14. Son virus ARN monocatenarios que se replican a través de intermediarios de ADN bicatenario. Tras la entrada
del virus en la célula, el ARN del virus se transcribe mediante un enzima vírico, llamado transcriptasa inversa,
originándose una molécula de ADN bicatenario. Este ADN penetra en el núcleo celular y se inserta en un
cromosoma, recibiendo el nombre de provirus, que se transmite de generación en generación como cualquier
carácter heredable. Una vez integrado, el ADN bicatenario se transcribe en los ARN mensajeros, que originan, por
un lado, las cápsidas y las transcriptasas inversas y, por otro lado, las cadenas de ARN de los nuevos virus. A los
retrovirus pertenecen virus animales como el sarcoma de Rous o el virus del SIDA.
3.1.15. En 1970 Crick postuló el llamado “dogma central” de la biología molecular, según el cual la información
genética se halla en el ADN y se transcribe a ARN, siendo posteriormente traducida a proteínas.
La creencia de que la información fluye exclusivamente del ADN al ARN fue cuestionada cuando se
descubrió que los retrovirus eran capaces de sintetizar ADN a partir de ARN mediante una enzima llama
transcriptasa inversa (retrotranscriptasa). Por esta razón, o sea, por incumplir el “dogma central”, se dice que los
retrovirus son “antidogmáticos”.
3.1.16. El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) es un retrovirus. Los retrovirus son virus con envoltura.
Poseen varias proteínas en la cubierta, cuatro de las cuales son estructurales y tres enzimáticas. Los retrovirus
contienen dos copias separadas, idénticas, de ARN monocatenario. Las actividades enzimáticas son la de la
transcriptasa inversa, una endonucleasa de ADN y una proteasa. Difieren de otros virus ARN en el hecho de que se
produce una fase intermedia en la que el ARN se retrotranscribe a ADN bicatenario (transcripción inversa o
retrotranscripción, para lo cual es esencial una ADN polimerasa ARN-dependiente, la retrotranscriptasa), que se
incorpora al genoma del hospedador. En este estado se sintetizan los ARNm y las proteínas virales.
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3.2. Ciclos de vida: lítico y lisogénico
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3.2.1. La replicación del ácido nucleico y la síntesis de las proteínas virales se realizan a expensas de la maquinaria
biosintética del hospedador y las enzimas codificadas en su ácido nucleico. Puede ocurrir en el citoplasma (virus
bacterianos, virus animales y vegetales con ARN, excepto en algunos casos especiales, por ejemplo, los retrovirus
como el virus del sida) o bien en el núcleo de la célula hospedadora (virus animales y vegetales con ADN, también
con algunas excepciones).
3.2.2. Las sucesivas fases de la multiplicación de un virus son las siguientes:
- Adsorción en la célula hospedadora precedida, en general, por acción específica de proteínas de la cápsida o la
envoltura a receptores específicos de la célula hospedadora.
- Penetración: en el caso de los bacteriófagos y ciertos virus animales, el ácido nucleico viral penetra exclusivamente
por inyección, mientras que en el resto de los virus lo hace por medio de procesos de endocitosis. Los virus
envueltos pueden penetrar por fusión de su envoltura con la membrana plasmática de la célula o la membrana de la
vacuola fagocítica.
- Descapsidación: en los virus animales en los que la nucleocápsida penetra en la célula hospedadora, el ácido
nucleico se libera en el citoplasma mediante la rotura de la cápsida.
- Replicación y síntesis de los componentes virales: el virus utiliza la maquinaria biosintética del hospedador, así
como las enzimas codificadas en su propio genoma que intervienen en los procesos de replicación (por ejemplo, las
ARN polimerasas virales). En esta etapa se producen dos procesos:
+ Síntesis de proteínas del virus (proteínas de replicación, proteínas estructurales y proteínas que intervienen en
los procesos de maduración y liberación): puede tener lugar en una fase o dos fases (temprana y tardía).
+ Replicación del ácido nucleico viral: puede ocurrir en el citoplasma (virus bacterianos, virus animales y
vegetales con ARN, excepto casos especiales, por ejemplo, los retrovirus como el virus del sida) o bien en el
núcleo de la célula hospedadora (virus animales y vegetales con ADN, también con excepciones).
Los retrovirus poseen dos copias idénticas de ARN monocatenario, que se replican de manera inusual a
través de una forma intermedia de ADN bicatenario. Este proceso se lleva a cabo mediante una enzima clave, la
retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, que dirige la síntesis de ADN a partir de ARN.
- Liberación: una vez completado el ciclo de multiplicación, los nuevos viriones salen de la célula provocando la lisis
de la misma o lentamente, por gemación.
Durante esta fase, los virus envueltos adquieren su membrana a partir de la de la célula hospedadora, tras
insertar en ella proteínas específicas codificadas en el genoma viral.
3.2.3. Porque los virus son parásitos intracelulares obligados y necesitan de la maquinaria replicativa de las células
hospedadoras para sintetizar y replicar sus propios componentes.
3.2.4. En el caso de virus ADN, si es bicatenario es la ARN polimerasa de la célula huésped la que comienza a
sintetizar ARNm.
Si el ADN es monocatenario, es replicado inmediatamente por la ADN polimerasa bacteriana para formar
un ADN bicatenario, y luego la ARN polimerasa actúa en la transcripción a ARNm.
En los virus con ARN interviene la ARN replicasa, una ARN polimerasa ARN-dependiente en la
replicación del ARN y en la transcripción.
3.2.5. En la parte inicial del período de latencia, las células huésped no contienen ningún virión completo infectivo.
Durante esta fase se están produciendo los ácidos nucleicos y las proteínas virales. Las etapas de maduración y
ensamblaje son muy rápidas y el número de viriones va en aumento, hasta que posteriormente se liberan por lisis o
gemación.
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3.2.6La molécula responsable es el ácido nucleico viral.
BLOQUE IV. Microbiología
En el interior de la célula hospedadora se producen los procesos de replicación del ácido nucleico viral
(ADN o ARN) y síntesis de proteínas virales a expensas de la maquinaria biosintética del hospedador, así como de
las enzimas codificadas en su propio genoma, que intervienen en los procesos de replicación (por ejemplo, las
ARN polimerasas virales).
En todos los ciclos víricos se pueden distinguir una serie de procesos comunes:
- Entrada de los virus en la célula hospedadora: implica una adsorción a la superficie celular, en muchos casos por
unión a receptores específicos. L
- La siguiente fase es la penetración, por medio de procesos de endocitosis, fusión de membranas (en virus con
envoltura) a través de zonas de rotura de la superficie celular (sobre todo en virus vegetales) o por inyección del
ácido nucleico viral (en bacteriófagos y ciertos virus animales). Posteriormente, en los virus en los que la
nucleocápsida penetra en la célula hospedadora el ácido nucleico se libera en el citoplasma mediante la rotura
de la cápsida (decapsidación).
- Replicación del ácido nucleico viral (ADN o ARN) y síntesis de las proteínas virales a expensas de la maquinaria
replicativa del hospedador.
- Ensamblaje y maduración de los componentes y formación de las nuevas partículas víricas.
- Liberación de los nuevos viriones, que puede producirse por lisis de la célula hospedadora o por gemación.
3.2.7. Existen cuatro formas mediante las que el ADN o ARN vírico atraviesan la membrana plasmática hacia el
citoplasma. En algunos casos, puede entrar el virión completo o solamente el material genético:
- Por penetración directa entra el virus completo a través de la membrana plasmática.
- Mediante endocitosis, el virus, tras ser englobado en una invaginación de la membrana, es liberado en el
citoplasma.
- Por fusión de membranas entre los virus con envoltura. La membrana lipoproteica del virus se integra en la
celular, y la partícula se libera en el citoplasma.
- El virus de la gripe, y otros virus con envoltura, penetran por un mecanismo combinado de endocitosis y fusión
de membranas.
3.2.8. Una vez que se introducen en el citoplasma de la célula huésped, estos virus pueden replicarse de tres formas:
- Virus con ADN monocatenario. La cadena única se replica en una doble cadena, que, por un lado, sirve de molde
para sintetizar el ADN monocatenario vírico y, por otro, se transcribe en ARNm, que se traduce posteriormente
dando lugar a las proteínas víricas. Ejemplo, algunos virus de bacterias.
- Virus de ADN bicatenario, virulentos. La doble cadena se replica en nuevo ADN vírico y se transcribe en los
ARNm. Estos se traducen en las proteínas de la cápsida y en los enzimas que controlan el metabolismo de la
célula infectada. Ejemplo, los adenovirus.
- Virus de ADN bicatenario, atemperados. El ADN vírico se integra en el genoma de la célula huésped. La
replicación del genoma está condicionada por una proteína represora que se sintetiza a partir de un ARNm del
mismo virus. El ADN vírico se replica conjuntamente con el cromosoma de la célula infectada, por lo que el
virus no se multiplica. Este virus atemperado puede retornar al estado virulento por escisión del ADN. Ejemplo,
los virus oncogénicos.
3.2.9. Adsorción, penetración del ácido nucleico, replicación y síntesis de los componentes virales, maduración y
liberación. Descripciones en la actividad 54.
La principal diferencia con el ciclo lisogénico es que en el ciclo lítico, excepto en los retrovirus, el ácido
nucleico viral no se integra en el genoma huesped.
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3.2.10. No, los nuevos viriones pueden salir también lentamente, por gemación.
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3.2.11. Es un período en el que desaparecen las estructuras del virión. La presencia del virus en la célula no se pone de
manifiesto ni al microscopio electrónico ni por su infectividad. Su duración varía con arreglo a cada virus. Sin
embargo, es en esta fase donde se llevan a cabo la síntesis del genoma y de las proteínas víricas. Dentro de la célula
se produce el desensamblaje del virión, e, inmediatamente, el ADN vírico interacciona con la maquinaria del
huésped para transcribir el ARNm vírico, que es traducido en proteínas víricas por los ribosomas, los ARNt y los
factores de traducción de la célula huésped. El ácido nucleico del virus también se replica.
3.2.12.
- 1. Entrada en la célula hospedadora. Implica una adsorción específica de proteínas de la cápsida o de la envoltura
a receptores específicos de la célula hospedadora.
- 2. Penetración. El ácido nucleico viral penetra por inyección.
- 3. Replicación y síntesis de los componentes virales. En esta fase se producen los procesos de replicación del
ácido nucleico viral (ADN o ARN) y la síntesis de proteínas virales a expensas de la maquinaria replicativa del
hospedador.
- 4. Ensamblaje y maduración de los componentes y formación de las nuevas partículas víricas.
- 5. Liberación de los nuevos viriones por lisis de la célula hospedadora.
3.2.13.
a) Un ciclo lisogénico. Virus y célula huésped. Proteínas y un tipo de ácido nucleico.
b) 1: adsorción (explicación en la pregunta), 2: penetración del ácido nucleico por inyección (ver pregunta 3.2.2).
c) 3: replicación, síntesis de componentes virales y maduración (libro de texto), 4: liberación (ver pregunta3.2.2).
d) Ciclo lisogénico. Diferencias: el ácido nucleico se integra en el genoma huésped, el profago o provirus se replica
a la par que la célula huésped.
3.2.14.El virus, una vez adsorbido y habiendo introducido su ácido nucleico en la célula, integra éste en el material
genético de la célula huesped (fase de profago o provirus). A partir de este momento el ADN viral se replica a la
par que la célula huesped. En un momento determinado, y por la acción de un agente inductor, el virus puede entrar
en ciclo lítico.
3.2.15. Son virus que pueden incorporar su ácido nucleico al genoma del hospedador y replicarse con él sin que se
produzcan la síntesis de los componentes virales ni la liberación de la progenie viral y, por tanto, no se produce la
muerte celular. Este estado se denomina lisogenia.
3.2.16. Los virus denominados atemperados (todos ellos con ADN) pueden seguir un ciclo lisogénico, en el cual no se
producen partículas virales. Un virus atemperado puede incorporar su ácido nucleico al genoma del hospedador (en
este estado, se dice que el genoma del virus está en estado de profago) y replicarse con él, como cualquier otro gen,
sin que se produzcan la síntesis de los componentes virales ni la liberación de la progenie viral. Solo ciertos
agentes inductores (por lo general, agentes físicos o químicos que dañan el ADN) provocan la separación del ácido
nucleico del virus, que seguirá entonces un ciclo lítico.
3.2.17. Lambda, un bacteriófago atemperado con ADN bicatenario, puede llevar a cabo un ciclo lítico o uno
lisogénico. Cuando desarrolla el ciclo lisogénico, la célula infectada sobrevive a veces porque el genoma vírico se
incorpora al del hospedador y se replica con él (estado de profago) sin que se produzcan la síntesis de los
componentes virales ni la liberación de la progenie viral. Los genes líticos del profago no se expresan debido a una
proteína represora codificada por el virus.
Algunas veces este control regulatorio es superado (generalmente son agentes físicos o químicos que dañan
el ADN) y se produce la inducción del profago, es decir, la separación de su ADN del cromosoma bacteriano, lo
que provoca la multiplicación del virus y la lisis de la célula.
3.2.18. El ciclo lítico tiene como resultado la multiplicación del virus en el interior de la célula hospedadora y la
formación de nuevas partículas víricas como consecuencia del proceso de infección. Tras la entrada en la célula
hospedadora, se produce la replicación del ácido nucleico viral (ADN o ARN) y la síntesis de las proteínas virales
a expensas de la maquinaria replicativa del hospedador. Posteriormente se producirán el ensamblaje y la
maduración de los componentes y la formación de las nuevas partículas víricas. La liberación de los nuevos
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viriones se puede producir por lisis de la célula hospedadora o por gemación.
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En el ciclo lisogénico, después de la liberación del ácido nucleico en el citoplasma este se integra en el
genoma del hospedador y se replica con él (estado de profago) sin que se produzcan la síntesis de los componentes
virales ni la liberación de la progenie viral. Solo determinados agentes inductores causantes, por lo general, de
daños en el ADN, provocan la liberación del ácido nucleico del virus, que seguirá entonces un ciclo lítico.
3.2.19. Los virus bacteriófagos.
En la vía lítica se suceden los siguientes hechos:
- El virus se une a receptores específicos de la pared de la bacteria y le inyecta su ácido nucleico.
- La entrada del ácido nucleico del virus interrumpe el funcionamiento normal de la bacteria, que pone a
disposición del virus su maquinaria celular.
- Se empieza a fabricar, con la información contenida en el ácido nucleico del virus, componentes víricos
(proteínas de la cabeza y cola y ácidos nucleicos).
- Los componentes víricos fabricados se ensamblan para dar lugar a nuevos virus (unos 100 por célula infectada).
- Los nuevos virus provocan la rotura enzimática de la pared bacteriana y su muerte.
- Los viriones liberados inician la infección de otras bacterias.
En la vía lisogénica, la infección se inicia como en el caso de la lisis, pero, una vez que el ácido nucleico
del virus penetra en la bacteria, se integra en el cromosoma bacteriano (a este fago integrado se le llama profago) y
se replica con él. Así, en forma de profago, puede ser transmitido a los descendientes de esta bacteria lisogénica,
como cualquier otro gen en los que la expresión de la información esté reprimida. Ahora bien, el profago puede, de
manera espontánea o inducido por diversas causas, activarse e iniciar un ciclo lítico.
3.2.20. Porque la envoltura de los virus son porciones de membrana plasmática de una anterior célula huesped, es
decir, tienen la misma naturaleza base, lipídica.
3.2.21. El profago es el ácido nucleico de un bacteriófago integrado en el cromosoma bacteriano, mientras que el
provirus lo es de un virus animal o vegetal inserto en la célula huesped correspondiente. Otra diferencia es que en el
caso del provirus se pueden producir nuevas partícualas víricas, sin producir lisis celular, mientras que los profagos no
pueden hacerlo.
3.2.22. En la infección latente (de virus animales) los virus permanecen latentes (están, pero no se manifiestan y su
multiplicación es inapreciable) en ciertas células del organismo, hasta que se reactivan en presencia de
determinados estímulos, mientras que en la infección persistente ( virus animales y vegetales) las partículas víricas
son liberadas lentamente y continuamente por gemación.
3.2.23. Porque este tipo de virus tienen la capacidad de permanecer latentes durante largos períodos de tiempo en
ciertas células del cuerpo, sin que se produzcan nuevas partículas víricas, y de activarse solamente bajo
condiciones de estrés. Por ejemplo, el virus varicela-zoster, que origina la varicela, es capaz de permanecer latente
en las neuronas de los ganglios sensoriales, de los que emerge para causar infecciones en la piel.
3.2.24. Ambos serán de tipo T4, porque la información está contenida en el ácido nucleico, ADN en este caso.
3.2.25. Que la toxina solo será producida por cepas que lleven un fago lisogénico (el gen de la toxina es transportado
en el bacteriófago atemperado y su expresión está regulada por hierro).
3.3. Otras formas acelulares
3.3.1. Los viroides son moléculas de ARN de cadena simple y circular, de sólo 300 a 400 nucleótidos, que carecen de
cubierta proteica, responsables de causar algunas enfermedades en vegetales.
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Los priones son agregados supramoleculares de glucoproteínas, responsables de causar algunas
enfermedades infecciosas en las personas y en el ganado.
3.3.2.
a) Prusiner, en 1982, propuso los priones como causantes de ciertas enfermedades degenerativas (hereditarias o
contraíbles) de los mamíferos, incluidas las personas (síndrome de Kuru y de Creutzfeldt-Jakob). Describió los
priones como pequeñas partículas proteínicas infecciosas.
b) La infección se propaga cuando proteínas infecciosas entran en contacto con las normales situadas en las
membranas internas de las neuronas. Se produce entonces una reacción en cadena, en la que las moléculas
patológicas atacan a las normales y estas, transformadas en patológicas, a otras normales, etc., extendiendo la
infección que invade el cerebro. La acumulación de depósitos de priones, que no son eliminados por el
organismo, en las neuronas causa su destrucción. Existen casos de enfermedad de Alzheimer producidos por
priones.
3.3.3. Se prohibe el empleo de tejidos de mamíferos para la alimentación de rumiantes, se ha limitado la importación
de carne en numerosas áreas geográficas y se ha recomendado no consumir los tejidos "diana" del virus, como la
médula o los sesos.
3.3.4. Los agentes infecciosos más pequeños conocidos son los viroides.
Están formados por pequeñas moléculas de ARN monocatenario circular y carecen de recubrimiento
proteico. Su replicación depende por completo de los enzimas de la célula huésped. Se supone que actúan
interfiriendo los genes nucleares, sin llegar a traducirse en ningún tipo de proteínas. Son parásitos exclusivos de
plantas superiores.
Se conocen enfermedades viroídicas en la patata, el limonero, el aguacate, el tabaco, el pepino y el
cocotero. Producen malformaciones, necrosis, clorosis o moteados de las hojas; agrietamiento y deformaciones de
los tallos y los frutos y enanismo general de la planta.
3.3.5Que las moléculas de ARN monocatenario que los constituyen no contienen genes que codifiquen para proteínas;
son totalmente dependientes de las enzimas del hospedador para su replicación.
4. Bacterias
4.1.Los organismos del reino monera presentan las siguientes características:
- Son organismos de organización procariotica.
- Son unicelulares, aunque a veces pueden formar colonias.
- Sus dimensiones oscilan entre 0,2 y 10 μm.
- Pueden ser inmóviles, aunque frecuentemente se pueden desplazar, bien por deslizamiento o bien por flagelos.
- El material genético nunca está aislado del citoplasma mediante una membrana, es decir, no poseen un núcleo
diferenciado.
- El material genético está formado por una molécula de ADN bicatenaria y circular. En algunos casos existen
además otras moléculas pequeñas de ADN circulares denominadas plásmidos.
- En la mayoría de los individuos existe pared celular.
- En el citoplasma apenas existen orgánulos, los únicos que aparecen en todos son los ribosomas, que tienen un
coeficiente de sedimentación de 70 S.
- Todos se reproducen de forma asexual, generalmente por bipartición. Además, también presentan fenómenos
parasexuales (conjugación, transformación, etc.), que permiten la transferencia de genes y la recombinación
genética.
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La clasificación de este reino es bastante compleja. Según la sistemática Bergey's, que es la más
utilizada por los microbiólogos, dentro de este reino se diferencian dos grandes grupos:
- Las eubacterias. Dentro de ellas se distinguen tres grandes divisiones:
+ Eubacterias con pared celular Gram negativa. A este grupo pertenecen entre otras las bacterias fijadoras del
nitrógeno (Rhizobium), las bacterias nitrificantes (Nitrobacter, Nitrosomas), las cianobacterias (Oscillatoria),
etc.
+ Eubacterias con pared celular Gram positiva. Aquí se incluyen muchas bacterias patógenas productoras de
diversas enfermedades como: tuberculosis, tétanos, botulismo, etc; otras de interés industrial como:
Lactobacillus, Streptococcus, etc.
+ Eubacterias sin pared celular. Constituyen el grupo que antes se conocía con el nombre de micoplasmas.
- Arqueobacterias. Forman un grupo heterogéneo que muchos científicos consideran separadas de las bacterias.
4.2. La tinción de Gram es una tinción diferencial que tiñe las bacterias de forma distinta en función de la estructura y
composición de su pared celular: las bacterias grampositivas, con una gruesa capa de mureína, se tiñen de color
morado (retienen el colorante fundamental tras la decoloración con alcohol), mientras que las gramnegativas, con
una pared multilaminar -fina capa de peptidoglicano y membrana externa-, adquieren un color rosa (se decoloran
con alcohol y se tiñen con el colorante de contraste, la safranina).
Cuando se tratan las bacterias grampositivas con alcohol, se cree que el alcohol contrae los poros de la
gruesa capa de peptidoglicano e impide la eliminación del complejo cristal violeta-lugol. Por el contrario, la capa
de peptidoglicano de las bacterias gramnegativas es muy fina, sin tantos enlaces y con poros de mayor tamaño,
además, el tratamiento con alcohol posiblemente extrae suficientes lípidos de la envoltura de las células
gramnegativas, como para aumentar su porosidad.
4.3.
a) Peptidoglicano.
b) Nucleoide.
c) Uno, circular.
d) En el número, en su carácter circular, la ausencia de exones.
e Ausencia de estructuras membranosas internas, ribosomas diferentes, etc..
f) Bipartición.
g) Constituyen aproximadamente la mitad de la biomasa terrestre, son imprescindibles para completar los ciclos
biogeoquímicos (muchos de los transformadores y los descomponedores), son los mayores productores de
oxígeno (cianobacterias). Tradicionalmente se han aprovechado en producción de determinados alimentos; en
las últimas décadas, con el desarrollo de la biotecnología, se están empleando para la producción de sustancias
útiles.
4.4. Atendiendo a su morfología, dentro de las bacterias se diferencian los siguientes grupos:
- Cocos: tienen forma esférica. Muchos de ellos se disponen agrupados; según como se agrupen, se diferencian
varios tipos:
+ Diplococos, cuando se presentan agrupados en parejas.
+ Estafilococos se agrupan en forma arracimada.
+ Estreptococos, cuando forman cadenas.
+ Sarcinas, cuando forman masas cúbicas.
- Bacilos: tienen forma de bastoncillo, es decir, son cilíndricas, rectas y más o menos alargadas. A veces se
presentan asociadas formando cadenas.
- Vibrios: tienen forma de coma es decir son cilíndricas cortas y curvas.
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- Espirilos tienen forma alargada y ondulada, las espiras están poco marcadas. Espiroquetas: son alargadas y en
espiral, con las espiras más marcadas que en las anteriores.
Además algunas bacterias tienen otros aspectos piriformes, irregulares, etc.
4.5.
- Cianobacterias. Son bacterias fotosintéticas que contienen clorofila, como las plantas superiores, y llevan a cabo
una fotosíntesis oxigénica, en la que el agua se utiliza como donadora de electrones y se desprende oxígeno.
Tienen una respuesta negativa a la tinción de Gram.
- Micoplasmas. Son bacterias pleomórficas (presentan formas distintas según las condiciones ambientales) que
carecen de pared celular y son parásitos obligados del ser humano, los animales y las plantas. Provocan diversas
enfermedades relacionadas con las vías urinarias y respiratorias. Algunas presentan esteroles en su membrana.
Ambos pertenecen al reino Moneras.
4.6. Constituyen un grupo heterogéneo al que en la actualidad se considera separado de las bacterias, aunque al igual
que ellas tiene organización procariota.
Las paredes celulares son de diversos tipos, pero en ningún caso poseen peptidoglicanos, ya que falta el
ácido murámico.
La membrana plasmática está compuesta por unos lípidos especiales, constituidos por glicerol, que se unen
mediante enlaces éter a alcoholes isoprenoides de cadena larga. Su estructura es similar a la de otras membranas.
Tienen algunas características comunes con los eucariotas; entre ellas, destacan las siguientes:
- tienen algunos genes que transcriben ARNt que poseen intrones como los eucariotas.
- la síntesis proteica no la inhibe el cloranfenicol.
- el ARN-polimerasa es más parecido al de los eucariotas que al de las bacterias.
Tienen formas diversas: esféricas, espirales, bastoncillos, etc. Se reproducen principalmente por división
binaria, gemación y fragmentación. Algunas son autótrofas, otras, no, algunas son aerobias, otras, anaerobias. Se
desarrollan en condiciones ambientales extremas.
4.1. Características estructurales
4.1.1. Lo que presentan en común las paredes bacterianas de estos dos grupos de bacterias es que ambas están
formadas por mureína, que es un peptidoglicano. Los peptidoglicanos son heterósidos, es decir, son glúcidos
complejos en los que se diferencian dos partes: una parte glucídica y una parte no glucídica (aglicón):
- La parte glucídica esta formada por largas cadenas de polisacáridos que se disponen en paralelo. Estas cadenas
polisacáridas están constituidas por dos clases de unidades: el NAG (N-acetil-glucosamina) y el NAM (Nacetil-murámico), que se disponen alternativamente y se unen mediante enlaces (1-4).
- La parte no glucídica está formada por tetrapéptidos que se unen a los NAM. Entre los tetrapéptidos de las
cadenas adyacentes se pueden establecer enlaces peptídicos que unen transversalmente estas cadenas
polisacáridas.
Ejemplos de estos dos grupos de eubacterias son las siguientes:
- Al grupo de bacterias Gram + pertenecen, entre otras: algunas bacterias patógenas (las causantes de la sífilis, la
peste bubónica, el tifus, etc), bacterias del ciclo del nitrógeno (Nitrobacter, Azotobacter, Nitrosomonas,
Clostridium, etc), las cianobacterias, etc.
- Al grupo de bacterias Gram - pertenecen, entre otras: algunas patógenas (la causante de la difteria, el botulismo,
la tuberculosis, el tétanos, etc), otras de interés industrial, como Lactobacillus y Streptococcus, etc.
4.1.2. Son formas de resistencia que se originan en el interior de algunas bacterias, de ahí el nombre de endospora,
como respuesta a condiciones ambientales adversas. Las endosporas están formadas por el ADN bacteriano, una
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pequeña porción de citoplasma deshidratado y una cubierta gruesa en la que se diferencian tres capas, que de
dentro afuera son: el córtex, la cubierta de la espora (es una capa densa, formada por proteínas ricas en cisteína y
aminoácidos hidrófobos) y el exosporio, que solo está presente en algunas.
Las endosporas protegen al cromosoma bacteriano de las condiciones ambientales adversas y pueden
permanecer en vida latente durante mucho tiempo. Son muy resistentes al calor, la sequedad, las radiaciones
ultravioleta e ionizantes, y a otros agentes químicos adversos. Cuando las condiciones ambientales se hacen
favorables, germinan y dan de nuevo lugar a la bacteria.
Las endosporas son típicas de bacterias Gram positivas, aerobias y anaerobias. Entre los principales
géneros formadores, de endosporas destacan: Clostridium y Bacillus.
4.1.3. Porque ciertos géneros bacterianos, como Bacillus o Clostridium, producen endosporas, formas de resistencia
que soportan condiciones ambientales adversas, incluso temperaturas elevadas de 100 °C. Estas formas, en
condiciones ambientales favorables, germinan y originan una nueva célula que crece, se reproduce y, como
consecuencia, se observa contaminación.
4.1.4. Las bacterias productoras de endosporas se podrían aislar de ambientes con condiciones adversas, por ejemplo,
en suelos que presentan grandes oscilaciones en la disponibilidad de agua, en zonas con elevada intensidad
lumínica, en medios sometidos a calentamiento, etcétera.
4.1.5. Al carecer de pared celular, los micoplasmas necesitan una membrana celular “reforzada” para evitar la lisis
osmótica. Los esteroles asociados a la membrana proporcionan ese "refuerzo" puesto que son moléculas rígidas y
planas (los ácidos grasos son flexibles) favoreciendo, por tanto, la estabilización de estas estructuras.
4.1.6.Sí, se observarían de color rosado debido a que la ausencia de pared celular en estos organismos les impide
retener el colorante fundamental, pero sí se tiñen con el colorante de contraste (la safranina).
4.1.7.
Arqueas
Enlaces éter entre el glicerol y las cadenas laterales
hidrofóbicas
Carecen de ácidos grasos, en su lugar tienen cadenas- laterales
compuestas de unidades de isopreno
Principales tipos de lípidos: diéteres y tetraéteres de glicerol
Membranas en monocapa habituales
Otros organismos
Enlaces éster entre el glicerol y los ácidos
grasos
Presentan ácidos grasos
Tipo de lípidos: fosfolípidos
Membranas en bicapa
4.2. Características funcionales
4.2.1. Reproducción
4.2.1. Los plásmidos bacterianos se definen como elementos genéticos extracromosómicos con capacidad de
replicación autónoma, y que pueden ser transferidas entre células. Están presentes en muchas bacterias y todos
ellos son de ADN doble y circular, pero se replican independientemente del cromosoma.
Aunque los plásmidos no son imprescindibles para la viabilidad de la bacteria, ya que su expresión no está
relacionada con la síntesis de productos esenciales para el crecimiento, son importantes porque la bacteria adquiera
algún tipo de ventaja en su ciclo vital; característica tales como:
- Resistencia a antibióticos.
- Resistencia a metales pesados (por ejemplo, mercurio).
- Producción de bacteriocinas (proteínas tóxicas producidas por bacterias que matan a otras de la misma especie).
- Inducción de tumores en plantas (plásmido de Agrobacterium tumefaciens).
- Interacciones simbióticas y fijación de nitrógeno (en especies del género Rhizobium).
4.2.2. Se les denominó transposones porque, aunque no son necesarios para la vida de la célula, proporcionan rasgos
genéticos importantes, ya que son capaces de ser transferidos de una célula a otra e insertarse en diferentes puntos
del cromosoma e inducir la aparición de mutaciones.
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97. Los plásmidos son capaces de:
- Aportar toda la información para la conjugación (apareamiento) entre bacterias. En este proceso se puede
producir intercambio de plásmidos entre especies o géneros incapaces de intercambiar genes cromosómicos.
- Conferir resistencia a los antibióticos (penicilina, cloramfenicol, estreptomicina) y otras sustancias tóxicas para
las bacterias. Permitir nuevas fuentes de nutrientes. Transformar la bacteria en patógena.
4.2.3. En función de que los plásmidos sean o no transmisibles de una bacteria a otra por medio de contactos
intercelulares, se pueden distinguir:
- Plásmidos conjugativos (autotransmisibles), que son aquellos que se transfieren entere cepas bacterianas por medio
de fenómenos de conjugación.
- Plásmidos no conjugativos, carentes de dicha propiedad. Dentro de esta categoría existe un subgrupo, el de los
plásmidos movilizables: son no autotransmisibles que pueden ser transferidos por asociación con un plásmido
conjugativo coexistente en la misma bacteria.
4.2.4. Algunos tipos de plásmidos conjugativos no sólo se transfieren entre cepas de la misma especie, sino que son
capaces de hacerlo entre especies y géneros muy diversos, recibiendo en tal caso el nombre de plásmidos
promiscuos o de amplio espectro de hospedadores.
La acción de los plásmidos promiscuos posibilita la transferencia horizontal de información genética entre
grupos bacterianos filogenéticamente alejados.
4.2.5. La transferencia génica puede ser de tres tipos:
- Transformación. Se transfiere un fragmento de ADN libre desde la bacteria donadora hasta una bacteria
receptora. No es necesario el contacto entre ambas células.
- Transducción. Se transfieren fragmentos génicos desde la bacteria donadora a la receptora a través de virus.
- Conjugación. Se transfieren plásmidos conjugativos (pueden estar integrados en el cromosoma principal) a
través del contacto entre la célula donadora y la receptora. Este contacto puede ser directo, en grampositivas, o a
través de pelos sexuales, en gramnegativas.
En todos los casos, el fragmento de ADN transferido desde la célula donadora puede experimentar
recombinación con un fragmento homólogo del genoma de la célula receptora que, en consecuencia, presentará un
nuevo genotipo (o nuevas características genéticas).
4.2.6. La transformación, la transducción y la conjugación no pueden considerarse fenómenos de reproducción porque
no hay aumento del número de individuos, y no pueden considerarse fenómenos sexuales porque no se produce un
intercambio completo de toda la información genética, sólo de ciertos fragmentos.
4.2.7. ¿ No, la reproducción sexual no existe en las bacterias; se producen, sin embargo, fenómenos denominados
parasexuales, en los que se transfieren fragmentos de material genético de una bacteria donadora a una bacteria
receptora. En todos los casos, el fragmento de ADN transferido desde la célula donadora puede experimentar
recombinación con un fragmento homólogo del genoma de la célula receptora que, en consecuencia, presentará un
nuevo genotipo (o nuevas características genéticas).
4.2.8.
- Transformación es la captación por parte de una bacteria de uno o más fragmentos de ADN procedente de la lisis
de otra bacteria.
- Conjugación es la transferencia de ADN del plásmido de una célula donadora a otra receptora.
- Transducción se puede definir como la transferencia genética desde una célula donadora a otra receptora
mediante virus bacteriófagos.
4.2.9. Los pelos sexuales son propios de las bacterias F+ (presentan entre 1 y 10) y su función es llevar a cabo los
contactos iniciales con las F- (que carecen de ellos) en el proceso de conjugación.
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El extremo del pelo sexual interacciona específicamente con un receptor de superficie de la célula F-.
Seguidamente comienza la despolimerización del pelo desde la base, lo cual provoca su acortamiento progresivo,
de forma que la célula F- se va acercando a la F+.
Cuando el pelo se ha desintegrado por completo, las paredes de las células están en contacto directo y es
entonces cuando tiene lugar la formación de un puente o canal conjugativo, a través del cual será transferido
material genético desde el plásmido F, presente en la célula donadora, al citoplasma de la receptora (F-).
4.2.10. Exclusión superficial es un fenómeno relacionado con la conjugación bactriana, es decir, con la transferencia
de información genética desde una célula donadora (F+) a otra receptora (F-). En el contacto previo entre dichas
células intervienen los llamados pelos sexuales.
La exclusión superficial es un fenómeno consistente en impedir que las células de tipo F+ puedan actuar
como receptoras frente a otras que también sean F+. La acción restrictiva se debe a la expresión de dos genes
localizados en el plásmido F. Uno de los productos génicos impide el contacto con pelos sexuales de cualquier
célula donante, y otro, evita la posible entrada de ADN.
4.2.11. Las fimbrias están distribuidas por toda la superficie de la bacteria y funcionan como adhesina, es decir, como
estructuras para la adhesión a superficies vivas o inertes. En el caso de las bacterias patógenas, esta capacidad
adhesiva incrementa la virulencia al facilitar la invasividad del tejido.
La función de adhesina no reside en la pilina que constituye casi toda la fimbria, sino en unas proteínas
especiales localizadas en su extremo, la mayoría de las cuales pertenecientes a la clase de las llamadas lectinas,
esto es, proteínas capaces de unirse a cadenas glucídicas presentes en la membrana citoplasmática de las células del
hospedador.
Los pelos están formados por un tipo de proteína conocida como pilina sexual. Se hallan en menor número
que las fimbrias adhesivas, aunque son más largos y algo más gruesos que ellas. Desempeñan una función
importante en el proceso de conjugación bacteriana, posibilitando los contactos iniciales al actuar como estructura
de reconocimiento entre la bacteria don adora, dotada de pelo sexual, y la receptora, carente de él.
4.2.12. La conjugación sexual es uno de los procesos parasexuales que se dan en las bacterias, mediante el cual se
transfiere material genético entre bacterias que pueden o no ser de la misma especie, produciéndose una
recombinación genética.
En la conjugación sexual una bacteria donadora transfiere una réplica de su ADN o parte de él a otra
bacteria denominada receptora. Esta transferencia se realiza a través de unos finos filamentos proteicos huecos,
llamados fimbrias o pili, de la bacteria donadora, que se fijan sobre la bacteria receptora.
En la conjugación sexual intervienen dos tipos de bacterias:
- Las bacterias donadoras son aquellas que además del cromosoma bacteriano poseen pequeñas moléculas de ADN
bicatenario y circular (plásmidos), denominadas episoma o factor F; estas moléculas llevan la información para
formar las fimbrias. Las bacterias donadoras pueden ser de dos tipos:
+ F+, si el factor F está libre en el citoplasma.
+ Hfr, si está integrado en el cromosoma bacteriano.
- Las bacterias receptoras son aquellas que carecen de factor F o episoma y se las denomina F-.
Si la bacteria donadora es F+, a través de las fimbrias se transfiere una copia del episoma a la bacteria
receptora F. De esta manera, la bacteria receptora se convierte en donadora. Si la bacteria donadora es Hfr, el ADN
cromosómico, junto con el episoma que lleva integrado, se duplica. Estas bacterias, al transferir el factor F a la
bacteria receptora, transfieren un fragmento más o menos grande de la copia de su cromosoma; no se suele
transferir toda la copia porque las fimbrias son frágiles y se rompen antes de terminar la transferencia,
interrumpiéndose esta.
El fragmento de ADN transferido se integra mediante entrecruzamiento en el cromosoma de la bacteria
receptora, modificándose su información y apareciendo en ella caracteres de la bacteria Hfr. Si no se produce
entrecruzamiento, el fragmento transferido se degrada y la bacteria receptora queda con la misma información.
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4.2.2. Tipos de nutrición
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4.2.13. En el metabolismo fotolitotrofo es preciso tomar materia inorgánica del exterior (dióxido de carbono, sales
minerales, agua,), a partir de la cual, con la luz como fuente energética primaria, se sintetiza materia orgánica.
Este tipo de metabolismo es propio de las células vegetales fotosintéticas, las cianobacterias y la
mayoría de las bacterias fotosintéticas.
4.2.14. El metabolismo quimiolitotrofo se caracteriza por la utilización de materia inorgánica tomada del exterior para
sintetizar materia orgánica, pero la energía se obtiene, no de la luz, sino de la oxidación de moléculas inorgánicas
procedentes del exterior.
El metabolismo autótrofo quimiosintético es propio de algunas bacterias fundamentales para los ciclos
biogeoquímicos del nitrógeno, del azufre y del hierro.
4.2.15. Los donadores de electrones son compuestos inorgánicos como el amonio o los nitritos, el ion hierro (Fe2+), los
compuestos reducidos del azufre como el H2S o el hidrógeno.
4.2.16. El metabolismo quimioorganotrofo es propio de los organismos que necesitan tomar materia orgánica del
exterior, de la que obtienen energía y que, además, utilizan para formar materia orgánica propia.
Este tipo de metabolismo es característico de los animales, los hongos y la mayoría de las bacterias.
4.2.17. El metabolismo fotoorganotrofo es propio de los organismo que realizan la fotosíntesis a partir de agua,
dióxido de carbono y sales minerales pero que, además, necesitan tomar alguna materia orgánica del exterior, la
cual actúa como donadora de electrones en las reacciones biosintéticas.
Este tipo de metabolismo se presenta en algunas bacterias fotosintéticas.
4.2.18. Porque también pueden ser productores, ya que incorporan el CO2 en la materia orgánica. Las cianobacterias
fijan el CO2 por fotosíntesis oxigénica; las bacterias fotosintéticas rojas y verde; lo hacen en ausencia de oxígeno,
por fotosíntesis anoxigénica. Las bacterias quimiolitoautótrofas fijan el CO2 en aerobiosis, principalmente.
4.2.19. Porque son, en muchos casos, bacterias acidófilas estrictas, es decir, que se desarrollan bien siempre que el pH
sea ácido, por lo que se presentan frecuentemente asociadas a la contaminación ácida derivada de actividades
mineras. En estas condiciones, el hierro ferroso, que estas bacterias usan como donador de electrones, es estable en
condiciones óxicas.
4.2.20.
- Los diferentes grupos de bacterias cubren sus requerimientos de nitrógeno a partir de:
+ La descomposición de materia que contenga proteínas.
+ La utilización del nitrógeno proveniente de los iones amonio.
+ Su obtención a partir de los nitratos.
+ La utilización del nitrógeno gaseoso, directamente de la atmósfera.
- Las bacterias obtienen carbono:
+ A partir del dióxido de carbono (quimioautótrofos y fotoautótrofos).
+ A partir de la fuente de su energía, materiales como proteínas, hidratos de carbono y lípidos
(quimioheterótrofos).
- Una fuente importante de fósforo es el ion fosfato.
4.2.21.
- Incorporación del CO2 en la materia orgánica en ausencia de oxígeno por fotosíntesis anoxigénica: bacterias
fotosintéticas rojas y verdes.
- Fijación del CO2 con una fuente de energía inorgánica: bacterias quimiolitoautótrofas.
- Utilización de la materia orgánica en descomposición procedente, principalmente, de la muerte de organismos
vivos y remineralización del carbono a CO2 por respiración anaerobia o por fermentación (ambas también
pueden llevarlas a cabo los hongos y ciertos protistas).
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- Utilización del CO2 generado por la actividad metabólica de distintos grupos bacterianos en anaerobiosis y
producción de metano: arqueobacterias metanogénicas.
- Oxidación del metano hasta CO2 atmosférico, en condiciones aerobias: bacterias metanótrofas.
4.2.22. En el ciclo biológico del carbono se produce un intercambio entre las formas inorgánicas y las orgánicas. Se
desarrolla en varias etapas:
- 1. Los organismos productores autótrofos incorporan el CO2 en la materia orgánica. En condiciones aerobias, el
CO2 es fijado por fotosíntesis oxigénica (plantas superiores, protistas verdes y cianobacterias) y, en ausencia de
oxígeno, por fotosíntesis anoxigénica (bacterias fotosintéticas rojas y verdes). Las bacterias quimiolitoautótrofas
fijan el CO2 principalmente en aerobiosis.
- 2. El carbono orgánico es utilizado por los consumidores aerobios o anaerobios (animales, protistas y bacterias),
que emplean los compuestos orgánicos como fuente de carbono y energía.
- 3. Los organismos descomponedores (bacterias y hongos) utilizan la materia orgánica en descomposición procedente, principalmente, de la muerte de organismos vivos- y remineralizan el carbono a CO2 por
respiración anaerobia o por fermentación.
Las arqueobacterias metanogénicas utilizan el CO2 generado por la actividad metabólica de distintos
grupos bacterianos en anaerobiosis y producen metano que, a su vez, es oxidado de nuevo hasta CO 2 atmosférico,
en condiciones aerobias, por las bacterias metanótrofas.
Son actividades exclusivamente microbianas:
- La incorporación del CO2 en la materia orgánica en ausencia de oxígeno por fotosíntesis anoxigénica: bacterias
fotosintéticas rojas y verdes.
- Fijación del CO2 con una fuente de energía inorgánica: bacterias quimiolitoautótrofas.
- Utilización de la materia orgánica en descomposición -procedente, principalmente, de la muerte de organismos
vivos- y remineralización del carbono a CO2 por respiración anaerobia o por fermentación (estas también
pueden llevarlas a cabo hongos y ciertos protistas).
Utilización del CO2 generado por la actividad metabólica de distintos grupos bacterianos en anaerobiosis y
producción de metano: arqueobacterias metanogénicas.
- Oxidación del metano hasta CO2 atmosférico en condiciones aerobias: bacterias metanótrofas.
4.2.23. En las aguas abiertas de los océanos, en las cuales la profundidad es muy elevada, no se desarrollan vegetales
porque la luz no llega hasta el fondo. En este caso, la producción primaria es debida exclusivamente a la actividad
de protistas y bacterias fotosintéticas que, por lo tanto representan una comunidad esencial para que se produzca el
intercambio de carbono en las cadenas tróficas.
4.2.24. Las bacterias desnitrificantes son aquellas que producen nitrógeno a partir de nitritos o nitratos.
Estas bacterias, por ejemplo, las del género Pseudomonas, viven en zonas profundas del suelo, en un
ambiente sin oxígeno. Realizan un proceso de respiración anaerobia, siendo el aceptor final de electrones el nitrito
o el nitrato.
4.2.25. Son bacterias capaces de reducir el N2 atmosférico a amoniaco (NH3), que se puede incorporar a biomoléculas
orgánicas.
Por ejemplo, las bacterias simbióticas del género Rhizobium, que viven en los nódulos de las raíces de
leguminosas, así como algunas bacterias heterótrofas que viven libres en el suelo (Azotobacter), y ciertas
cianobacterias.
4.2.26. Varias de las reacciones claves de oxidorreducción del nitrógeno que tienen lugar en la naturaleza las llevan a
cabo exclusivamente bacterias. La nitrificación, la desnitrificación y la fijación de nitrógeno son procesos
exclusivos de distintos grupos bacterianos:
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- La nitrificación la realizan solo dos grupos de bacterias quimiolitótrofas, que utilizan el amonio o los nitritos
como fuente de energía y liberan nitratos. La nitrificación es un proceso especialmente importante en el suelo.
El nitrato es fácilmente asimilable por las plantas y los microorganismos, si bien es muy soluble y puede ser
"lavado" con facilidad por la lluvia.
- La desnitrificación consiste en la conversión de nitratos a nitrógeno gaseoso. Este proceso es realizado por las
bacterias desnitrificantes, que oxidan los compuestos orgánicos por respiración anaerobia, utilizan el nitrato
como aceptor de electrones y liberan N2 a la atmósfera. La desnitrificación asegura el reciclado de nitrógeno a la
atmósfera y contribuye a eliminar nitratos de las aguas, impidiendo la eutrofización; sin embargo, tiene un
efecto negativo sobre el suelo.
- La fijación del nitrógeno la llevan a cabo exclusivamente las bacterias fijadoras de nitrógeno, capaces de fijar el
nitrógeno atmosférico libremente en medios naturales o en simbiosis con plantas superiores. Como el N 2 es una
forma muy estable, la fijación de nitrógeno constituye un proceso muy costoso desde el punto de vista
energético, pero confiere a estas bacterias la capacidad de colonizar ambientes pobres en nitrógeno combinado
(nitratos y amonio).
4.2.27.
- Azotobacter. Participa en la fijación biológica del nitrógeno atmosférico (N2). Estas bacterias toman directamente
el N2 del aire y lo utilizan para formar sus aminoácidos. El compuesto que se obtiene de la fijación es el
amoniaco. La fijación del N2 enriquece el suelo de ión amonio, forma nitrogenada que puede ser utilizada por
las plantas, ya que estas no pueden asimilar directamente el N2 atmosférico. De esta forma pueden incorporarse
al suelo unos 28 kg de nitrógeno por hectárea y año.
- Nitrosomonas. Es una bacteria nitrificante que oxida el amoniaco del suelo a nitritos. El proceso recibe el nombre
de nitrosación y se produce a través de la siguiente reacción:
(NH4)2CO3 + CO2 →2HNO2 + CO2 + 3H2O + energía
- Nitrobacter. Realiza la segunda etapa de la nitrificación: la nitratación. En este proceso los nitritos, que son
tóxicos, se oxidan a nitratos, que ya pueden ser tomados por las raíces de las plantas, disueltos en agua.
2KNO2 +O2 → 2KNO3 + energía
4.2.28. La mayoría de los seres vivos convierten el nitrógeno orgánico en amonio, que excretan al medio; sin embargo,
el amonio puede ser incorporado a las moléculas orgánicas en un proceso de asimilación que llevan a cabo las
plantas y los microorganismos.
4.2.29. Las leguminosas pueden establecer simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno de géneros como Rhizobium,
Bradyrhizobium, Mesorhizobium, etc. o, incluso, cianobacterias, de forma que, en estas, el nitrógeno gaseoso se
puede convertir en nitrógeno combinado, lo que les capacita para sobrevivir en medios pobres en nitrógeno
combinado. Las leguminosas pueden crecer bien en suelos pobres, sin abonar y deficientes en nitrógeno, lo que
provoca un aumento significativo del nitrógeno combinado en el suelo. Una vez recogida la cosecha de
leguminosas se pueden sembrar cereales en el siguiente período de siembra.
4.2.30. En la reducción asimilatoria, los sulfuros resultantes son utilizados en la biosíntesis de aminoácidos y de
proteínas, mientras que en la reducción desasimilatoria de sulfatos, realizada por las bacterias reductoras de sulfato,
los sulfuros se acumulan en el ambiente (especialmente en sedimentos marinos).
4.2.31. La forma ferrosa del hierro es más soluble que la férrica; algunas bacterias pueden reducir anaeróbicamente la
forma férrica a ferrosa, más soluble, y poner así el mineral a disposición de otros organismos.
4.2.32. El hierro se emplea como aceptor de electrones.
4.2.33. Los insecticidas se incorporan a las redes tróficas y, al no metabolizarse, su concentración se incrementa a
medida que se asciende en el nivel trófico dentro de la cadena alimentaria; por tanto, habrá más concentración en el
consumidor terciario que en el primario. Este fenómeno se denomina bioacumulación.
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5. Microorganismos eucarióticos
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5.1. Principales características de algas, hongos y protozoos
5.1. Los principales grupos de microorganismos eucariotas son los protistas (protozoos, algas microscópicas y hongos
mucosos) y los hongos (hongos filamentosos y levaduras). Las principales diferencias entre ambos se exponen a
continuación:
Hongos
Unicelulares o filamentosos (forman micelios)
Quimioorganotrofos
Carecen de movilidad
Producen esporas como estructuras
reproductoras
Poseen paredes celulares rígidas constituidas por
quitina o por celulosa
Protistas
Unicelulares o coloniales (sin diferenciación tisular)
Formas fotosintéticas, heterotrofas y organotrofas
Móviles: por cilios, flagelos o pseudópodos
En algunos grupos se producen esporas como formas
de resistencia
Solo algunos grupos (algas microscópicas) presentan
una pared celular con celulosa o quitina
5.2. Son organismos eucariotas unicelulares o pluricelulares; los pluricelulares no forman verdaderos tejidos, por ello
se dice que tienen organización talofita.
Las células que los forman tienen paredes celulares rígidas que están constituidas por quitina. En estas
células se almacena glucógeno como reserva energética.
Las células de los hongos pluricelulares se disponen formando filamentos que pueden ramificarse; a cada
uno de estos filamentos se le denomina hifa. Las hifas se entrecruzan de forma laxa, y al conjunto de todas ellas se
le denomina micelio, el cual constituye el aparato vegetativo del hongo. Las hifas pueden ser de dos tipos:
tabicadas y sifonales o cenocíticas.
- Tabicadas: cuando las células de la hifa están separadas por tabiques transversales.
- Sifonales o cenocíticas: cuando las células de la hifa no están separadas por tabiques.
En determinadas circunstancias, los micelios producen unas estructuras reproductoras que tienen formas
diversas y que se denominan cuerpos fructíferos o carpóforos. Las setas son estructuras de este tipo. Los carpóforos
tienen una estructura análoga al micelio, pero aquí las hifas se disponen entrecruzadas y fuertemente apretadas. En
ellos se formarán las esporas.
Tienen nutrición heterótrofa; por lo tanto, necesitan compuestos orgánicos para nutrirse, ya que no los
pueden sintetizar. Según como los obtengan, pueden ser:
- Saprófitos: viven en lugares húmedos, con abundante materia orgánica muerta (hojas, estiércol, paja, madera etc.)
sobre la que viven y de donde obtienen los nutrientes orgánicos que necesitan.
- Simbiontes: son hongos que, para obtener los nutrientes orgánicos que necesitan, se asocian con otros seres vivos
a los que proporcionan algún beneficio.
- Parásitos: algunos hongos obtienen los nutrientes orgánicos de otros seres vivos animales o vegetales sobre los
que viven y a los que ocasionan trastornos más o menos graves.
En los hongos la reproducción puede ser: sexual y asexual. Esta última, salvo en las levaduras, que es por
gemación, es por esporas. Las esporas son células especiales que suelen estar rodeadas por una cubierta resistente;
cuando se liberan son diseminadas por el viento, el agua, los animales etc. Si caen en lugares adecuados, germinan,
dando lugar a nuevos micelios. Las esporas pueden originarse después de procesos sexuales mediante meiosis
(meiosporas), o bien mediante mitosis (mitósporas). Se forman en unas estructuras especiales denominadas
esporangios, que son de diferentes tipos: conidios, ascas y basidios.
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Los hongos son seres muy importantes desde diferentes puntos de vista:
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- En ecología tienen gran importancia, ya que actúan como descomponedores de la materia orgánica.
- Las levaduras intervienen en muchas fermentaciones que se han utilizado en diversos procesos industriales:
fabricación del pan, fabricación de bebidas alcohólicas, etc.
- Algunos hongos tienen importancia en medicina, porque fabrican sustancias de interés (antibióticos, alucinógeno,
etc).
- Muchos hongos se utilizan en la alimentación humana, debido a que los cuerpos fructíferos (setas) que producen
son comestibles (champiñón, níscalo, trufas, etc). Otras, por el contrario, son venenosas (Amanita phalloides,
boleto se Satanás etc).
- Algunos hongos son parásitos de animales y de vegetales a los que producen enfermedades más o menos graves.
5.3. Su capacidad para formar cuerpos fructíferos en los que se diferencian esporas.
5.4. Las setas son los cuerpos fructíferos de los hongos basidiomicetos, en los que la fusión de los núcleos se produce
subterráneamente; cuando las condiciones ambientales son favorables y existe la suficiente cantidad de agua, se
desarrolla rápidamente la seta, que sale a la superficie y origina las esporas
5.5. Las principales diferencias entre bacterias y levaduras se reflejan en la siguiente tabla:
Bacterias
Levaduras
Células procariotas
Células eucariotas
Tamaño medio: 1,1-1,5 μm de ancho - 2,0 a 6,0
Tamaño medio: 5-10 μm.
μm de longitud.
Células esféricas u ovales; normalmente no desarrollan
Células con diversas formas, aisladas o formando
micelio, sino que permanecen en estado unicelular (a
agrupaciones o filamentos.
veces forman cortos filamentos o pseudomicelios).
Membrana celular sin esteroles, excepto
Membrana celular con esteroles.
Mycoplasma.
Pared celular con peptidoglicano
Pared celular de quitina, sin peptidoglicano.
Metabolismo: heterótrofos, autótrofos; respiración
Metabolismo: solo heterótrofos; respiración aeróbica o
aeróbica,
anaeróbica,
fermentaciones,
fermentación.
fotosíntesis oxigénica y anoxigénica.
Ampliamente distribuidas en la naturaleza, ya que
Su hábitat natural es el suelo, flores, frutos y ambientes
es posible encontrarlas incluso en los
ricos en azúcares. También se encuentran en el agua.
ambientes más inhóspitos para la vida.
Endosporas (no son formas reproductivas);
Esporas reproductivas sexuales y asexuales.
algunas esporas reproductivas asexuales.
5.6. El nombre de este reino fue propuesto por H.F. Copeland en 1956. Constituye un grupo heterogéneo que tiene
organización eucariota:
- La mayoría de los individuos de este reino es unicelular, aunque también se incluyen seres pluricelulares, como
las algas macroscópicas.
- Algunos son autótrofos (algas), siendo fotosintetizadores oxigénicos, es decir, realizan la fotosíntesis y utilizan
como fuente de electrones el H2O; por ello, en este proceso liberan O2. Otros son heterótrofos (protozoos).
- Todos viven en el agua o en medios húmedos. Algunos son móviles y se desplazan mediante undulipodios
(cilios y flagelos) o por pseudópodos.
- Se pueden reproducir sexual y asexualmente.
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Margulis y Schwartz incluyen dentro de este reino tres grandes grupos: protozoos, algas y los denominados
hongos inferiores:
- Protozoos Son protoctistas unicelulares, carentes de pared celular y heterótrofos. Viven en el agua o en
ambientes húmedos, muchos son de vida libre y algunos son parásitos. Se diferencian cuatro grandes grupos:
+ Flagelados o zoomastiginos: Tienen uno o más flagelos, de ahí el nombre. Algunos son parásitos. En este
grupo se incluyen los tripanosomas, como el Tripanosoma gambiense, que es el causante de la enfermedad
del sueño.
+ Ciliados: Son de vida libre. Presentan dos tipos de núcleos: un macronúcleo, que regula el metabolismo, y un
micronúcleo, que intervine en la reproducción. Poseen cilios, de ahí su nombre. Se dan fenómenos de
conjugación sexual. Aquí se incluyen los paramecios.
+ Rizópodos: Se mueven por pseudópodos. Son de vida libre y parásitos. Algunos presentan caparazón calcáreo
o silíceo. Aquí se incluyen entre otros las amebas y los foraminíferos.
+ Esporozoos: Son todos parásitos. Entre los que afectan al hombre están los plamodios, que causan el
paludismo, y el Toxoplasma, causante de la toxoplasmosis.
- Algas Son protoctistas unicelulares y pluricelulares; las células, en general, tienen pared celular. Son autótrofos
fotosintéticos, por lo que presentan clorofila; en muchos casos, además, tienen otros pigmentos que pueden
enmascarar la clorofila. Viven principalmente en el agua o en un medio húmedo. Algunas son microscópicas,
pero otras pueden alcanzar un gran tamaño. Las formas microscópicas viven flotando en el agua y constituyen
el fitoplancton. Se diferencian varios grupos:
+ Dinoflagelados o pirrofitos: Son unicelulares marinas, poseen flagelos.
+ Crisofitos: Son unicelulares marinas y de agua dulce, tienen flagelos.
+ Euglenofitos: Son unicelulares de agua dulce, sin pared celular.
+ Bacilariofitas o diatomeas: Son unicelulares de agua dulce o marinas, poseen un caparazón silíceo formado
por dos piezas o valvas.
+ Clorofitos o algas verdes: Son uni y pluricelulares, marinas y de agua dulce. Tienen color verde debido a la
clorofila.
+ Feofitos o algas pardas: Uni y pluricelulares, en su mayoría marinas, son de color pardo debido al pigmento
fucoxantina que enmascara la clorofila. De ellas se obtienen numerosas sustancias de interés industrial y
alimentario.
+ Rodofitos o algas rojas: Son uni y pluricelulares, la mayoría marinas. Son de color rojo debido a la
ficoeritrina. De ellas se extraen sustancias de interés, como el agar.
- Hongos inferiores Son protoctistas microscópicos, heterótrofos que viven en lugares húmedos; algunos son
parásitos. Se diferencian dos grupos:
+ Mixomicetos: Son los hongos mucilaginosos, presentan formas ameboides unicelulares, sin pared celular, que
posteriormente se juntan y forman una masa gelatinosa multicelular y móvil. A partir de ella se desarrolla el
cuerpo fructífero, que forma esporas.
+ Oomicetos: Son unicelulares o pluricelulares con hifas cenocíticas. La paredes celulares son celulósicas. Son
acuáticos, algunos son saprófitos y otros son parásitos (causante del mildiu de la patata o de la vid).
5.7. Podrían representar los primeros organismos eucariotas anteriores a la endosimbiosis con las bacterias que
originaron las mitocondrias. Estudios moleculares apuntan en este sentido, de hecho, parece ser que Giardia (un
zooflagelado diplomonádido causante de la giardiasis, un tipo de gastroenteritis, en el hombre y los animales) está
más relacionado evolutivamente con las arqueobacterias y las eubacterias que con otros eucariotas.
5.8. Además de los diplomonádidos, otros dos grupos de protistas carecen de mitocondrias: los tricomonádidos y los
microsporidios. Según la información molecular, sus ribosomas están más próximos a los de los procariotas pero
poseen núcleo y citoesqueleto, lo cual sugiere que estos protistas podrían identificarse con parecidos al eucariota
primitivo propuesto en los estudios filogenéticos.
5.9. Los flagelados fotosintéticos aparecen en las clasificaciones botánicas porque contienen clorofila a, y llevan a
cabo una fotosíntesis oxigénica con dos fotosistemas, como las plantas superiores y las de protozoos por su
capacidad de desplazamiento.
5.10. Que aparecen en varios linajes en el árbol de Eukarya (representan distintas líneas evolutivas). Algunos son de
aparición temprana, como los flagelados; otros, como los ciliados son filogenéticamente posteriores.
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5.11. ¿ A los protistas, microorganismos con una organización celular típicamente eucariota, unicelulares o coloniales,
en los que no existe diferenciación tisular (es decir, no presentan tejidos). Se Incluyen también en este reino los
protozoos y las algas microscópicas.
6. Relaciones entre los microorganismos y la especie humana
6.1. Beneficiosas
6.1.1. El vino aparece ya citado en el Génesis. Antes del año 6000 a. de C., las civilizaciones sumeria y babilónica ya
conocían la capacidad de las levaduras para producir alcohol en forma de cerveza. Hacia el año 4000 a. de C., los
egipcios descubrieron que el CO2 liberado por la levadura de cerveza fermentaba el pan. Estos procesos se
transmitían culturalmente, ya que su causa se desconocía.
Anton von Leeuwenhoek detectó por primera vez en 1680 la presencia de levaduras en la cerveza en
fermentación. Sus descubrimientos actualizarían la teoría de la generación espontánea, que se mantuvo hasta la
segunda mitad del siglo XIX. Pasteur demostró finalmente que la vida microscópica procedía siempre de vida
preexistente, así como que los microorganismos eran los causantes de las fermentaciones.
6.1.2. Los hallazgos arqueológicos muestran que la cerveza lleva elaborándose desde, al menos, el año 3000 a. C.,
quizá como un descubrimiento fortuito a partir de la panificación: si se ponía más harina que agua en la mezcla y
esta se dejaba fermentar se obtenía pan, pero si se invertía la proporción y se ponía más agua que harina, tras la
fermentación se obtenía cerveza. Una cerveza primitiva se pudo haber producido accidentalmente a partir de
granos de cereal húmedos y de levaduras fermentativas naturales; es necesaria una germinación preliminar, en la
que el almidón y las proteínas se hidrolizan enzimáticamente a azúcares simples y aminoácidos, para que
Saccharomyces cerevisiae sea capaz de fermentar el almidón de los granos de cereal.
En sucesivos avances, ocurridos a lo largo de los siglos, la cebada se convirtió en el principal cereal para la
producción de cerveza debido a su cáscara, que proporcionaba un filtro natural excelente para la clarificación del
mosto extraído.
6.1.3El malteado es una técnica que se utiliza para la fabricación de bebidas alcohólicas, como la cerveza, utilizando
un cereal que puede ser la cebada, el maíz o el arroz. Consiste en humedecer el grano y dejarlo germinar antes de
secarlo para utilizarlo en forma de malta. En el estado de malta, el almidón aún se encuentra inalterado, por lo que
es necesario moler la cebada malteada con agua para liberar las amilasas que degradarán el almidón a glucosa. De
esta manera podrán actuar las levaduras que producirán la fermentación.
6.1.4. Los productos finales, el vino y la cerveza, son lo que son, en parte, gracias a los sustratos que los
microorganismos transforman. En el caso de la cerveza, el producto tiene unas características claras debidas a la
materia prima utilizada, la cebada, que se ha sometido previamente al proceso de malteado para obtener la malta, la
cual constituye el sustrato de la fermentación realizada por las levaduras. Lo mismo se aplica al vino, para cuyo
proceso de fabricación se emplea el mosto (zumo de uva), que se fermenta.
Los países mediterráneos producen uvas cuyo zumo azucarado, el mosto, es muy adecuado para una
fermentación alcohólica. Los países de clima más frío no pueden cultivar la vid y utilizan sustratos de fermentación
alcohólica obtenidos a partir de los cereales.
6.1.5.
- En la fabricación del vino se fermenta el mosto, que es el zumo de la uva; en la de la cerveza se utiliza cebada,
que se ha sometido previamente al proceso de malteado para obtener la malta, la cual constituye el sustrato de
fermentación.
- La levadura utilizada en ambos casos es Saccharomyces cerevisiae, aunque las estirpes industriales son
diferentes.
- En la fabricación de la cerveza se añaden flores de lúpulo, responsables del sabor amargo propio de este producto,
- En la elaboración del vino se elimina el CO2 producido en la fermentación (excepto en el caso de los vinos
espumosos).
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- En la producción de algunos tipos de vino se inoculan posteriormente otras especies de levadura para conseguir el
sabor y olor característicos.
6.1.6. En la fermentación alcohólica del mosto se produce CO2, que es más pesado que el aire y lo desplaza. Cuando
se acumula en las bodegas resulta peligroso. Si se entra con una vela encendida se puede saber si se ha acumulado
gas, pues la vela se apaga.
6.1.7. Los procesos que habría que seguir para la fabricación del whisky son similares a los de la fabricación de la
cerveza. La cerveza se elabora a partir de cereales que contienen almidón en sus granos. Las levaduras solo son
capaces de fermentar monosacáridos de seis carbonos, por lo que es necesario que en primer lugar se produzca la
hidrólisis del almidón:
- El cereal más empleado es la cebada, aunque también se utilizan el maíz y el arroz.
- Al germinar, sus semillas producen amilasas que rompen los enlaces del almidón, convirtiéndolo en glucosa. Por
lo tanto, estas semillas han de ser malteadas (se humedecen, se dejan germinar y se secan).
- A continuación, se muele la cebada malteada con agua para liberar las amilasas.
- El extracto acuoso se separa del triturado sólido de los granos, se le añade el lúpulo y se cuece. El lúpulo dará el
sabor a la cerveza e impedirá el crecimiento de bacterias. Al hervir la mezcla se desnaturalizan las amilasas.
- A esta mezcla se le añaden las levaduras, que producirán la fermentación entre los cinco y diez días siguientes.
- Después de la fermentación, se separa la levadura y se deja madurar la cerveza un tiempo determinado.
- Tras la pasteurización y filtración, ya podría ser bebida.
En el caso del whisky, al ser una bebida con mayor graduación, tienen que producirse fermentaciones
posteriores y destilación, para que su contenido en alcohol sea mayor.
6.1.8. Las bacterias que llevan a cabo la transformación de etanol en ácido acético son eubacterias Gram negativas
flageladas de los géneros Gluconobacter y Acetobacter. Gluconobacter solo es capaz de oxidar el etanol a acético,
mientras que Acetobacter es además capaz de oxidar el ácido acético que produce, para dar dióxido de carbono y
agua. Para que se produzca la transformación, las bacterias forman una fina película gelatinosa sobre la superficie
del vino, alcohol destilado o sidra.
6.1.9.
Fermentación alcohólica
Producción de vinagre
Microorganismo
implicado
Levaduras: Saccharomyces
Bacterias: Acetobacter
Producto de partida
Azúcares: zumo de uva, cereales malteados...
Tipo de proceso
Cualquier sustancia que contenga etanol:
vino, cerveza, sidra...
Respiración aerobia
Fermentación
Descarboxilación del piruvato a acetaldehído, que
Proceso
Oxidación del etanol a ácido acético
es reducido a etanol
Donador de electrones NADH
Etanol
Producto resultante
Etanol
Ácido acético
6.1.10. Porque el vinagre es el producto resultante de la conversión del alcohol etílico en ácido acético por acción de
las bacterias del ácido acético, bacterias que son estrictamente aerobias y que, por tanto, presentan una alta
demanda de oxígeno durante su crecimiento. En la elaboración del vino interviene la levadura Saccharomyces
cerevisiae, que realiza una fermentación alcohólica, proceso que tiene lugar en ausencia de O2.
6.1.11. Los vegetales de baja acidez, como los pepinos, zanahorias, cebollas, remolacha, coles y otros, se pueden
conservar en vinagre.
6.1.12. En la elaboración del queso intervienen un grupo de bacterias, denominadas bacterias lácticas, que fermentan
los azúcares sencillos de la leche para producir ácido láctico. Las más importantes son Lactobacillus y
Lactococcus.
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Otras bacterias, como Micrococcus o Propionibacterium, están implicadas en la maduración del queso y
son las responsables del sabor y el olor de cada variedad de queso. En ocasiones son hongos filamentosos, como
Penicillium roqueforti, los causantes del color, olor y sabor característicos de algunos quesos, como el roquefort.
6.1.13.
a) La mayor parte de las bacterias lácticas son mesófilas. Una temperatura de 0°C impide que los microorganismos
se multipliquen o bien hace que lo hagan muy lentamente; por tanto, evita la multiplicación de las bacterias
lácticas y, como consecuencia, la fermentación láctica no se produce y no se obtiene yogur.
b) Sí. De hecho, en la producción industrial de yogur se parte de leche pasteurizada con la finalidad de destruir los
patógenos y de disminuir los niveles de bacterias dañinas y enzimas. Después, la leche se enfría a 43 °C y se
inoculan bacterias de los géneros Streptococcus y Lactobacillus que, cuando crecen, producen el ácido y los
componentes del aroma típicos del yogur.
La esterilización del yogur supone la destrucción del cultivo iniciador en el que están presentes las dos
bacterias (Lactobacillus y Streptococcus) responsables de la fermentación láctica y, por tanto, no puede
obtenerse yogur.
6.1.14. Se necesita una pequeña cantidad de yogur porque contiene los microorganismos que realizan la conversión de
la leche (materia prima) en yogur. Al estar mediado por microrganismos, éstos necesitan unas condiciones de
crecimiento y desarrollo óptimos, por lo que hay que controlar la temperatura.
6.1.15. Muchos de estos microorganismos estabilizan la microbiota intestinal, parecen reducir la intolerancia a la
lactosa y los niveles de colesterol sérico y posiblemente presenten actividad antitumoral. Varios lactobacilos tienen
compuestos antitumorales en sus paredes celulares, lo que sugiere que las dietas que incluyen bacterias del ácido
láctico, en particular Lactobacillus acidophilus, podrían ayudar a prevenir el cáncer de colón.
6.1.16.
a) Porque contiene los microorganismos responsables del proceso. Si se esteriliza el yogur de partida no se podría
fabricar, al destruir esas células.
b) Porque son las condiciones adecuadas para el crecimiento y actividad de las bacterias lácticas. En una hora
población no habrá crecido lo suficiente como para transformar toda la leche. A esa temperatura no se
produciría yogur porque las bacterias no habrían podido desarrollarse.
c) Porque es la materia prima. El proceso bioquímico que se produce es la fermentación láctica. Las mitocondrias
no intervienen pues es una fermentación, no una respiración completa, que sí las necesita.
d) Porque sólo se necesita una pequeña cantidad (incluso una solo) de bacterias en el yogur añadido a cada vaso
para que el proceso se produzca.
6.1.17.
a) En la elaboración del vino interviene la levadura Saccharomyces cerevisiae, que realiza una fermentación
alcohólica. El sustrato de fermentación lo constituyen los azúcares, fundamentalmente la glucosa, presentes en
el mosto, que es el zumo natural de las uvas. La levadura se encuentra de modo natural sobre la piel de las uvas
y transforma estos azúcares en etanol y CO2. El CO2 resultante de la fermentación se evapora o se elimina
artificialmente, excepto en el caso de los vinos espumosos. En la producción industrial del vino se añaden cepas
muy resistentes de levadura, con el fin de incrementar el contenido de etanol en algunos de ellos.
b) En el proceso de fabricación de la cerveza interviene la levadura Saccharomyces cerevisiae, que realiza una
fermentación alcohólica. El procedimiento de elaboración de la cerveza implica la germinación de las semillas
de cebada, para obtener malta, y su tueste posterior (malteado). Los azúcares presentes en la malta constituyen
el sustrato para la fermentación alcohólica. El producto final se consigue mediante la incorporación de algunos
aditivos, como las flores de lúpulo, responsables del sabor amargo de la cerveza. Estos aditivos se añadieron
inicialmente para aprovechar sus propiedades como conservantes.
c) El yogur se obtiene mediante un proceso de fermentación láctica de la leche en condiciones controladas de pH y
temperatura. El ácido láctico producido actúa como un conservante natural y evita su deterioro. En este proceso
interviene un grupo de bacterias, denominadas bacterias lácticas, que fermentan los azúcares sencillos de la
leche para producir ácido láctico.
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d) Una fermentación alcohólica, que emplea como sustratos de fermentación los glúcidos presentes en la harina de
trigo. Los microorganismos que intervienen en la fabricación del pan son levaduras de la especie
Saccharomyces cerevisiae. Los productos obtenidos en la fermentación son: etanol, que se evapora en la
cocción, y CO2, responsable de que la masa aumente de volumen y se esponje.
6.1.18. Los panes ácimos eran los primeros panes, y consistían simplemente en una masa de harina y agua que no
fermentaba. El pan normal se obtiene mezclando harina de cereales y agua y añadiendo la levadura Saccharomyces
cerevisiae. Los enzimas de la harina convierten parte del almidón en glucosa, que fermenta rápidamente y produce
CO2. Las burbujas de CO2 quedan atrapadas en el seno de la masa, lo que provoca un aumento de volumen. El
alcohol que se produce durante la fermentación se destruye cuando se cuece el pan para inactivar la levadura y
eliminar el agua.
6.1.19. El pan no está contaminado; durante el proceso de horneado, las altas temperaturas destruyen la levadura.
6.1.20. Porque el etanol procedente de la fermentación durante la producción del pan se evapora en la cocción del
mismo. Además, en la elaboración del pan la multiplicación de la levadura se lleva a cabo en condiciones
aeróbicas, lo que genera más CO2 con una mínima acumulación de alcohol.
6.1.21. Las SCP son proteínas de origen unicelular (del inglés: single cell proteins). Se extraen a partir de
cianobacterias, levaduras, microalgas y hongos. Los productos de las SCP se utilizan tanto en la alimentación
humana como en la animal, dado que aportan además cantidades significativas de glúcidos, vitaminas y minerales.
Las espirulinas (cianobacterias) son especialmente ricas en aminoácidos esenciales y ácidos grasos poliinsaturados.
En la actualidad se comercializan como un suplemento dietético en la llamada alimentación natural. La
levadura seca es rica en proteínas y vitaminas del grupo B. Se utiliza como alimento para los animales de granja y
como suplemento dietético en la alimentación humana. Las microalgas tienen un alto valor nutritivo; la proteína
extraída de las algas es digerible hasta un 80% por los rumiantes. Se utiliza en la alimentación humana y animal.
Los mohos (Fusarium graminearum) contienen una micoproteína (Quorn) que es un alimento para el consumo
humano tan nutritivo como la carne, por su contenido en proteína y fibra.
6.1.22.
- Pseudomonas: bacterias capaces de degradar muchas sustancias tóxicas o perjudiciales para el medio ambiente,
como hidrocarburos, derivados de metales pesados o compuestos xenobióticos, gracias a la acción de ciertas
enzimas detoxificantes.
- Alcaligenes eutrophus: bacteria empleada para la producción de bioplásticos. Se cultiva en un medio con glucosa
y sales minerales. Cuando el crecimiento finaliza, las bacterias se separan por filtración y se obtiene el PHA por
precipitación con disolventes orgánicos.
- Thiobacillus ferrooxidans: cuando en zonas mineras hay menas metálicas secundarias con baja concentración en
el metal, como cobre o hierro, se utilizan estas bacterias que provocan la solubilización de dichos metales y
permiten su obtención a bajo coste mediante una precipitación posterior.
6.1.23. Los microorganismos participan activamente en estos ciclos debido a que presentan una amplia distribución en
todo tipo de ambientes, facilidad de dispersión, una enorme diversidad metabólica y un tamaño pequeño y una
condición unicelular que favorecen un rápido intercambio de nutrientes y productos del metabolismo con el medio.
6.1.24. Son residuos orgánicos complejos que quedan en el suelo después de la degradación microbiana de plantas y
productos animales. Se caracteriza por su color negruzco debido a la gran cantidad de carbono que contiene.
6.1.25. El empleo de algunas bacterias, como Thiobacillus ferrooxidans, que hacen solubles metales como el cobre o
el hierro (que se encuentran en baja concentración en menas metálicas secundarias), permite la obtención de estos
metales a bajo coste.
6.2. Perjudiciales: enfermedades producidas por microorganismos en la especie humana, animales y plantas
6.2.1. Un patógeno es un organismo que puede producir potencialmente una enfermedad.
6.2.2. Patógenos … enfermedad
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6.2.3. Las enfermedades infecciosas se producen por la invasión de microorganismos potencialmente patógenos de un
hospedador. El microorganismo es capaz de permanecer en el hospedador y alcanzar sus células o tejidos diana
mediante una serie de mecanismos de virulencia. La enfermedad es infecciosa cuando puede transmitirse de unos
individuos a otros dentro de una población.
6.2.4. Las enfermedades infecciosas son aquellas producidas por microorganismos y son transmitidas a los individuos
sanos desde los reservorios de la infección, que son ambientes naturales en los que los patógenos realizan parte de
su ciclo vital.
Los reservorios más importantes son:
- La propia población humana.
- Poblaciones animales.
- El agua.
- Suelo.
El paso de una enfermedad desde el reservorio a los humanos se realiza mediante unas vías de transmisión
características, como son:
- Por contacto directo a través de heridas en la piel. Los microorganismos patógenos no pueden penetrar a través
de la piel intacta de los animales, por lo que deben aprovechar las roturas que se producen en ella para invadir el
cuerpo de estos. Ejemplos de este tipo de infección son: el tétanos, la gangrena gaseosa y la rabia.
- Transmisión a través del aire. La infección se produce por la absorción en el tracto respiratorio de gotitas u otras
sustancias que contengan secreciones respiratorias infectadas. Ejemplos: tos ferina, difteria, neumonía,
tuberculosis.
- Transmisión por vía sexual. Los microorganismos que causan estas enfermedades se transmiten, de las personas
infectadas a las sanas, a través de las relaciones sexuales, aunque en algunos casos también se transmiten vía
sanguínea (por transfusiones, jeringuillas contaminadas...). Las principales enfermedades de transmisión sexual
son: la gonorrea, sífilis, herpes genital, hepatitis B y el SIDA.
- Por el agua y los alimentos. El agua contaminada con restos fecales, los alimentos almacenados de forma
inadecuada, manipulados en condiciones sanitarias deficientes o el cocinado incompleto pueden ser la causa de
transmisión de microorganismos patógenos. En algunos casos las enfermedades transmitidas por los alimentos y
el agua se deben a la presencia de toxinas, sin que sea necesaria la presencia del microorganismo. Ejemplos:
salmonelosis, botulismo, cólera, hepatitis A.
- Transmisión por animales. En este caso los animales son utilizados como vectores por algunos microorganismos
patógenos para llegar al hospedador definitivo. Los principales vectores son artrópodos como el piojo, la
garrapata, ácaros, mosquitos, moscas, pulgas..., que transmiten la enfermedad al picar a un individuo o al
contaminar alimentos. Ejemplos: malaria, tifus, peste bubónica...
6.2.5. La teoría microbiana de las enfermedades infecciosas fue experimentalmente probada por el médico alemán
Robert Koch, que estudió el carbunco. Esta enfermedad está causada por una bacteria, Bacillus antrhracis. Koch
demostró, mediante microscopía, que la bacteria estaba siempre presente en la sangre de los animales enfermos.
Koch Inyectó sangre de animales enfermos a ratones sanos, que contrajeron la enfermedad. Tomando la sangre de
los ratones enfermos e inyectándola en otros vio que estos últimos sufrían los síntomas característicos de la
enfermedad. Después de transferir el carbunco por inoculación a través de una serle de veinte ratones, Koch cultivó
la bacteria en caldos nutritivos, fuera del animal. Cuando los bacilos aislados o esporas se inyectaban a los ratones,
estos desarrollaban el carbunco.
Koch formuló una serie de criterios (postulados de Koch) para demostrar la relación causal entre un
microorganismo y una enfermedad específica, que pueden resumirse de la siguiente forma:
- El microorganismo causal debe aparecer en todos aquellos individuos que sufran la misma enfermedad y no estar
presente en los sanos.
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- Se deben aislar del huésped enfermo y obtener cultivos puros del agente cuestionado, fuera de su cuerpo.
- La inoculación de cultivos puros del microorganismo en animales de experimentación debe hacer que estos
desarrollen la enfermedad.
- El mismo patógeno debe ser aislado nuevamente de los animales de experimentación e identificado en un cultivo
puro.
6.2.6.
- Enfermedad esporádica: enfermedad que ocurre de forma ocasional.
- Epidemia: enfermedad que se extiende rápidamente en un área en un tiempo muy corto.
- Pandemia: enfermedad que afecta a un amplio sector de la población.
6.2.7.
- Infección. Es la invasión de un organismo vivo por microorganismos que producen una enfermedad mediante su
automantenimiento y multiplicación en los tejidos del huésped. Los patógenos pueden entrar a través de heridas
o a través de las membranas mucosas que tapizan los tractos digestivo, respiratorio y reproductor, y pueden ser
transmitidos por el individuo infectado a otros. Las infecciones pueden llegar a no producir la enfermedad, en
este caso se llaman infecciones silenciosas.
- Enfermedad infecciosa. Es la enfermedad que está producida por microorganismos. Estos son transmitidos a los
individuos sanos desde los reservorios de la infección que son ambientes naturales en los que los patógenos
realizan parte de su ciclo vital. Los reservorios más importantes son: la propia población humana, poblaciones
animales, el agua o el suelo.
- Patogeneidad: es la capacidad de un microorganismo para producir una enfermedad. Las poblaciones de
microorganismos (cepas) que causan la enfermedad se denominan virulentas, frente a las inocuas o no
virulentas.
-Toxicogenicidad. Es la capacidad de un microorganismo para producir toxinas. Las toxinas son proteínas o
lipopolisacáridos que causan alteraciones concretas en el huésped. La toxicogenicidad va ligada a la
patogeneidad.
6.2.8.
- Simbiosis. Es una relación interespecífica entre dos o más organismos diferentes que viven juntos o interaccionan
entre sí en una relación positiva para ambos, de tal forma que no pueden sobrevivir por separado.
- Parasitismo. Relación interespecífica en la que un organismo de pequeño tamaño (parásito) vive a expensas de
otro de mayor tamaño (denominado huésped) causándole un perjuicio.
- Zoonosis. Enfermedad que afecta normalmente a un tipo de animales y que puede transmitirse al hombre.
- Pandemia. Epidemia de ámbito mundial. Aumento de la incidencia de una enfermedad en una población grande y
con una amplia distribución geográfica.
6.2.9. Las adhesinas o factores de adhesión son moléculas de la superficie celular de las bacterias que se unen a
receptores específicos de las células del hospedador. Esta unión confiere la patogeneidad al microorganismo al
permitirle invadir los tejidos del huésped o colonizar una superficie de su cuerpo. Actúan como adhesinas la
cápsula bacteriana, las proteínas de la membrana, los pelos y los flagelos.
El periodo de incubación es el tiempo que transcurre desde que un microorganismo coloniza o invade a un
huésped hasta que se manifiestan los síntomas de la enfermedad. Durante este periodo, que es fijo para cada
especie, la bacteria se divide en el interior del organismo hasta alcanzar un número suficiente que le permite
manifestar su patogeneidad.
6.2.10. Las toxinas son moléculas producidas por microorganismos que causan daños concretos en el huésped al que
infectan. Estas moléculas son, generalmente, proteínas o lipopolisacáridos. Las toxinas se dividen en función de
sus propiedades químicas en dos grupos:
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- Las exotoxinas son proteínas solubles que fabrica y segrega la bacteria al medio en el que vive, por lo que
aparecen en los extractos celulares o en los medios de cultivo bacterianos. Normalmente se destruyen
fácilmente con el calor. Se distinguen tres tipos:
+ Enterotoxinas: actúan estimulando anormalmente las células de la mucosa intestinal. Entre ellas se encuentran
la toxina del cólera y las producidas por Escherichia coli.
+ Citotoxinas: matan enzimáticamente a las células del huésped. Ejemplo la toxina diftérica.
+ Neurotoxinas: Bloquean la transmisión sináptica de los impulsos nerviosos. Toxina botulínica y tetánica.
- Las endotoxinas son lipopolisacáridos de la membrana de las bacterias Gram-negativas. Son resistentes al calor.
Producen diarreas, fiebre y, en ocasiones, hemorragias internas.
6.2.11. Intoxicaciones … botulismo … difteria
6.2.12.
- Exotoxinas. Son proteínas solubles que pueden trasladarse desde el lugar de la infección hasta otros tejidos o
células diana. Las exotoxinas pueden ser liberadas por los microorganismos durante su crecimiento en el
interior del hospedador (toxiinfección), o bien ser producidas por el microorganismo sobre un medio propicio
para su desarrollo, como un alimento (intoxicación alimentaria).
- Endotoxinas. Son componentes del propio microorganismo (lipopolisacáridos de la membrana externa de la pared
celular en las bacterias gramnegativas) que causan efectos generales, como fiebre, diarrea o vómitos, sobre el
organismo. Solo se liberan con la lisis del microorganismo. Las exotoxinas tienen un efecto más dañino sobre el
hospedador que las endotoxinas.
- Una intoxicación es una enfermedad producida por la entrada o ingestión de una toxina específica en el cuerpo de
un huésped. Esta toxina se habrá liberado en un medio apropiado por el crecimiento de un microorganismo y
posteriormente este medio, por ejemplo un alimento, contendrá grandes cantidades de toxina que producirán
unos efectos negativos sobre el hospedador. En este caso, la enfermedad no es producida por la infección y el
crecimiento de un microorganismo en un hospedador.
6.2.13. La infección por el VIH produce, en último término, un progresivo descenso en el número de linfocitos T-CD4
con lo que aparecen infecciones oportunistas. Como el número de células T-CD4 disminuye, también hay descenso
del número de citoquinas que producen, lo que va deteriorando el sistema inmunitario.
La pérdida de las funciones del sistema inmunitario tanto humoral como celular determina la aparición de
infecciones sistémicas causadas por hongos y micobacterias, además de otras infecciones oportunistas, tales como
diferentes infecciones víricas y bacterianas. Estos patógenos oportunistas son los que destruyen al hospedador. La
más común de estas infecciones oportunistas es la neumonía producida por Pneumocystis carinii; otra enfermedad
muy frecuente en enfermos de sida es el sarcoma de Karposi, un tipo de cáncer que afecta a las células de los vasos
sanguíneos.
6.2.14. El virus del sida presenta cuatro tipos de manifestaciones patológicas, que son:
- Deficiencia inmunitaria, ya que ataca a las células del sistema inmunitario: linfocitos T y macrófagos.
- Tumores, como pueden ser el linfoma o el sarcoma de Kaposi (cáncer de piel).
- Enflaquecimiento, debido a la pérdida de grasa y musculatura, por disfunción del crecimiento de los tejidos y la
pérdida de apetito.
- Neuropatías, ya que el sida puede afectar al sistema nervioso central, llegando a producir demencia.
6.2.15.
a) Los virus herpes pertenecen a los virus oncogénicos y se adquieren por contacto directo y estrecho, por
inyección y por mecanismos aún desconocidos.
b) El virus del sarampión es un virus respiratorio. Su infección se produce generalmente por inhalación de
aerosoles (transmisión respiratoria) o por contacto (transmisión mano-nariz o boca-ojo).
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c) El virus de la polio pertenece al grupo de los virus entéricos. Se adquiere por ingestión de alimentos y agua
(transmisión fecal-oral).
d) El virus de la fiebre amarilla pertenece al grupo de virus transmitidos por artrópodos. Parte del ciclo del
artrópodo puede ser evadido por algunos virus por transmisión vertical. Esta infección se puede transmitir
transováricamente de una generación a otra.
6.2.16.
a) Los virus que infectan las bacterias reciben el nombre de bacteriófagos. Los bacteriófagos son virus complejos.
En ellos se diferencian las siguientes partes: Una cabeza icosaédrica. Una cola formada por una vaina
helicoidal. Al final de la cola existe una placa basal de la que parten unas fibras a modo de patas. La placa junto
con las fibras sirven para la fijación del virus en la célula hospedadora.
b) Una de las etapas del ciclo lítico de un virus (bacteriófago) es la fase de eclipse. En esta fase, el virus, que ha
penetrado dentro de la célula hospedadora, pasa desapercibido, no pudiéndose detectar su presencia durante un
corto período de tiempo que varía de unos virus a otros. Sin embargo, durante esta fase se lleva a cabo la
síntesis del genoma y de las proteínas víricas. En esta etapa, el ácido nucleico vírico interrumpe el normal
funcionamiento de la célula hospedadora y dirige su metabolismo hacia la síntesis de nuevos componentes
víricos, utilizando para ello todos los recursos de la célula hospedadora.
c) Los virus lisogénicos producen la infección latente. Muchos virus, entre ellos algunos bacteriófagos, son
lisogénicos. Una vez que penetran dentro de la célula hospedadora, no se multiplican de forma inmediata,
produciendo la lisis de dicha célula, sino que entran en un estado de latencia más o menos largo y posponen su
reproducción. En estos caso, el ácido nucleico vírico se integra en el ADN de la célula hospedadora,
incorporándose a algunos de sus cromosomas. A este estado del virus se le denomina fago atemperado o
profago, y la relación que se establece entre el virus y la célula huésped se denomina lisogenia.
6.2.17. Algunos virus animales tienen la capacidad de transformar las células hospedadoras en células cancerosas
(virus oncogénicos). Casi todos los virus animales relacionados con el cáncer son virus ADN, como los herpesvirus
o el virus de la hepatitis B, con excepción de los retrovirus, que presentan ARN. El mecanismo por el cual los virus
pueden inducir el desarrollo de un cáncer no es único:
- Algunos virus pueden contener en su genoma oncogenes, es decir, genes tumorales. La infección de las células
susceptibles de infectarse por estos virus implicaría la inclusión del genoma del virus en el de la célula
hospedadora y, por tanto, la inclusión de un gen tumoral. Se ha comprobado, por ejemplo, que el virus del
sarcoma de Rous, un retrovirus que induce un tipo de leucemia en las gallinas, porta un gen que codifica para
una enzima relacionada con el control de la división celular. El oncogén, en este caso, codifica para una
proteína quinasa (src), que fosforila proteínas añadiendo grupos fosfato a la tirosina, lo cual estimula la división
celular. En las células normales existe una proteína muy similar a la codificada por el virus, razón por la cual se
piensa que estos oncogenes provienen de las células hospedadoras y se incorporaron al genoma del virus a lo
largo del proceso de evolución conjunta.
- Otros virus podrían activar proteínas reguladoras que actúan sobre genes que están implicados en la división
celular, activando así la propia multiplicación del virus.
- Ciertos virus con capacidad de incluir su genoma en el del hospedador podrían tener un efecto mutagénico sobre
genes implicados en el crecimiento y la división celulares.
- Por último, ciertos virus podrían incluir en su información genética promotores o potenciadores muy activos de la
transcripción. Si estos promotores se integran próximos a un oncogén, estimularán de forma anormal el
desarrollo del cáncer.
6.2.18. Los virus oncogénicos se adquieren por contacto directo y estrecho, por inyección y por mecanismos aún
desconocidos. En general, infectan únicamente órganos diana específicos, donde suelen permanecer persistentes y
provocar la transformación de la célula huésped en malignas, con la formación de un tumor canceroso. Los virus se
diseminan dentro del organismo mediante cinco rutas:
- De célula a célula.
- Favoreciendo la fusión de varias células como el sarampión.
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- A través de la sangre o la linfa (polio, paperas, sarampión, hepatitis B, SIDA).
BLOQUE IV. Microbiología
- Sistema nervioso (herpes zóster).
- En secreciones de las células infectadas (herpes genital).
6.2.19. Los protooncogenes son genes presentes encélulas normales cuyas secuencias de ADN son similares a las de
los virus oncogénicos. La mayoría de los cánceres humanos parecen deberse a la activación de sus protooncogenes.
Hay varios procesos para activar los protooncogenes y convertirlos en oncogenes de cánceres, como el de próstata,
pulmón, mama o colon.
6.2.20. Estas bacterias, que en condiciones normales no son dañinas e incluso ofrecen cierta protección frente a
patógenos invasores, pueden causar enfermedades si alcanzan otras localizaciones que no son las que acostumbran
a ocupar; por ejemplo, ciertas especies de Bacteroides son inofensivas en el intestino grueso, pero pueden provocar
formación de pus si se introducen en la cavidad peritoneal.
Además, estas bacterias patógenas oportunistas pueden causar enfermedades en individuos
inmunodeprimidos (que tienen disminuida su resistencia a las infecciones). Esto puede ocurrir en situaciones de
malnutrición, alcoholismo, enfermedades como el cáncer, la leucemia o la diabetes, un traumatismo quirúrgico
accidental, el empleo prolongado de antibióticos o el consumo de drogas, por virus, hormonas, etcétera.
También en algunas bacterias normalmente beneficiosas, como Escherichia coli, pueden encontrarse cepas
productoras de toxinas que sí causan enfermedades.
6.2.21. Mediante su transmisión a través de las heces, que pueden contaminar el agua (contaminación fecal) y los
alimentos (directamente por falta de higiene o indirectamente con agua contaminada). Las epidemias se producen
porque el agua contaminada o los alimentos pueden llegar fácilmente a numerosos habitantes de la población.
6.2.22. Aunque suelen considerarse términos sinónimos, no lo son. En la infección hay un microorganismo causante,
mientras que contagio se refiere a la transmisión de una enfermedad de una persona enferma a otra sana.
No todas las enfermedades infecciosas son contagiosas; sin embargo, todas las enfermedades contagiosas
son infecciosas.
6.2.23.
Microorganismo
Vibrio cholerae
Mycobacterium leprae
Plasmodium sp.
Enfermedad
Cólera
Lepra
Paludismo o malaria
Vía de contagio
Ingestión
Contacto
Vía parenteral
6.2.24. El virus de la rabia, el de la hepatitis B, Clostridium tetani (causante de la enfermedad del tétanos) o
Plasmodium sp. (que causa el paludismo) son algunos organismos que entran directamente en la sangre o en la
subepidermis (a través de heridas o abrasiones) y desde allí alcanzan a otros órganos o tejidos internos.
6.2.25. Todos los seres vivos necesitan consumir agua para vivir y, por tanto, la contaminación microbiana de un agua
que será consumida por muchos individuos puede provocar la aparición de una epidemia (una enfermedad que se
difunde rápidamente en un área en un período de tiempo muy corto).
6.2.26. Existen alrededor de 200 cepas patógenas de E. coli que producen enfermedades de los tractos intestinal y
urinario. Estas cepas se clasifican en diferentes categorías según la toxina que producen y la enfermedad que
causan. La cepa enterotoxigénica de E. coli (productora de dos enterotoxinas) provoca la denominada "diarrea del
viajero", una infección entérica que produce diarrea en viajeros en países en vías de desarrollo.
6.2.27. Se le administrará una antitoxina para tratar de curar la enfermedad. El toxoide inmuniza pasivamente a un
individuo sospechoso de haber entrado en contacto con la toxina de Clostridium botulinum. Su administración tiene
finalidad terapéutica.
6.2.28.Además de proteger a la bacteria de los mecanismos de defensa del hospedador (evasión de la fagocitosis), las
cápsulas pueden ser importantes para la adherencia a los tejidos del hospedador y para el anclaje a otras bacterias.
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6.2.29.
Microorganismo
Mycobacterium tuberculosis
Neisseria gonorrhoeae
Streptococcus pyogenes
BLOQUE IV. Microbiología
Enfermedad
Tuberculosis
Gonorrea
Faringitis
Vía de contagio
Vía respiratoria
Vía sexual
Vía respiratoria
6.2.30. Sí, se trata de una enfermedad cuya incidencia en el hombre ha aumentado en las últimas décadas y que quizás
continúe aumentando en un futuro próximo. Los viajes de huéspedes potenciales a las zonas endémicas y la entrada
del hombre en hábitats de animales portadores de agentes infecciosos suelen estar implicados en la transmisión de
la enfermedad. En el caso del virus Éboia, el contacto con los monos vectores enviados por vía aérea desde países
en desarrollo ha provocado la aparición de brotes de la enfermedad.
6.2.31. Por aparición y posterior selección de cepas resistentes por contacto continuo y masivo con los antibióticos.
6.2.32. Pueden ser:
- Desinfectantes. Son agentes antimicrobianos que se emplean para eliminar los microorganismos de los objetos
inanimados.
- Antisépticos. Se utilizan con el mismo fin que los anteriores, pero sobre los tejidos de los seres vivos.
- Agentes quimioterapéuticos. Son agentes químicos que se utilizan en el tratamiento de enfermedades
producidas por microorganismos. Deben ser inocuos o presentar una baja toxicidad para el organismo. Los
principales agentes quimioterapéuticos son las sulfamidas y los antibióticos.
6.2.33. Estas radiaciones producen la liberación de electrones, radicales hidroxilo y radicales hídrido, que degradan y
alteran los ácidos nucleicos y las proteínas. Pueden incluso, interaccionar directamente con el ADN y romperlo.
Se emplean únicamente para eliminar microorganismos de objetos inanimados, ya que sobre los tejidos de
los seres vivos producirían dichos daños también a sus células. Actualmente solo se utiliza la radiación ionizante
para la esterilización y descontaminación de suministros médicos y en la industria alimentaria, dado el costo y la
peligrosidad del equipo de radiación.
6.2.34. Los antibióticos son agentes antimicrobianos que producen de forma natural otros microorganismos,
principalmente hongos y actinomicetos. En general tienen efecto antibacteriano, aunque también hay antibióticos
antifúngicos. Algunos antibióticos son semisintéticos, es decir, se trata de antibióticos naturales cuya composición
se ha modificado parcialmente mediante síntesis química.
6.2.35. La naturaleza química de los antibióticos es muy variada. Químicamente pueden ser glucósidos, polipéptidos o
compuestos aromáticos complejos. Algunos son capaces de bloquear casi todas las fases del ciclo vital de una
bacteria, otros solamente un proceso concreto. Solo unos pocos tienen actividad antifúngica.
A pesar de la diversidad de estructuras químicas y de acción, todos cumplen el principio de toxicidad
selectiva, formulado por P. Ehrlich a principios de siglo. Según él, un agente quimioterapeútico eficaz no debe
afectar a los tejidos humanos, y sí ser tóxico para el agente infectante.
6.2.36. La penicilina fue el primer antibiótico descubierto y el más conocido. En realidad, hay varias penicilinas en
función del medio donde se cultiva el Penicillium que la sintetiza. Debido a su eficacia sobre una gran cantidad de
bacterias Gram positivas, su aplicación terapeútica permitió la rápida y completa curación de la mayoría de las
infecciones producidas por estafilococos, como faringitis estreptocócicas y neumonías neumocócicas, así como
endocarditis bacterianas y meningitis meningocócicas.
6.2.37. El moho del queso es, en muchas ocasiones, el hongo microscópico Penicillium que es el productor de la
penicilina. La aplicación en las heridas podría tener un efecto beneficioso.
6.2.38. Los antibióticos tienen, en general, un efecto antibacteriano, aunque existen también antibióticos antifúngicos.
Por tanto, los antibióticos no sirven para combatir las enfermedades causadas por "todos" los microorganismos; por
ejemplo no son eficaces en enfermedades causadas por virus.
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La consecuencia del uso indiscriminado de los antibióticos ha sido la aparición de cepas resistentes de
microorganismos patógenos, sobre todo en el ámbito hospitalario. La resistencia se debe a la capacidad de estas
cepas de producir enzimas que anulan la acción del antibiótico. La información necesaria para producirlas puede
estar localizada en el cromosoma bacteriano principal o en plásmidos, lo que facilitaría su extensión a otras
bacterias.
6.2.39. Porque el uso excesivo e inadecuado de los antibióticos ha provocado el desarrollo de cepas resistentes de
microorganismos patógenos, sobre todo en el ámbito hospitalario.
6.2.40. Sí, son correctos. Muchos microorganismos patógenos ya han desarrollado resistencia a alguno de los
antibióticos conocidos desde que se comenzó su uso generalizado a mediados del siglo pasado. Podría llegar un
momento en que ciertas enfermedades infecciosas no pudieran ser tratadas. Parece ser que la eficacia de algunos
antibióticos puede restablecerse eliminando su uso durante algún tiempo y controlando cuidadosamente su
utilización.
6.2.41. La aparición de resistencia al antibiótico es independiente del contacto con el antibiótico; lo hace al azar por
mutación.
6.2.42. Por la diseminación de plásmidos de resistencia. Las bacterias simbiontes mencionadas son resistentes a la
acción de antibióticos porque poseen un plásmido portador de uno o más genes de resistencia a uno o varios
antibióticos. Estos plásmidos pueden transferirse con bastante rapidez a otras células (las bacterias patógenas) a
través de los mecanismos normales de intercambio de genes (conjugación, transducción y transformación) y
favorecer el desarrollo de cepas resistentes a antibióticos.
6.2.43. Que la cepa en cuestión es sensible a todos los antibióticos probados ya que aparecen halos de destrucción
alrededor de todos ellos .También se observa que, a medida que aumenta la sensibilidad del microorganismo al
antibiótico, aumenta el diámetro de la zona de inhibición de crecimiento.
6.2.44. El ácido clavulánico es un inhibidor de las β-lactamasas, debido a lo cual no permite la destrucción de los
antibióticos β-lactámicos, aun en el caso de que existan cepas resistentes productoras de β-lactamasas.
6.2.45. La metodología semisintética consiste en la adición de nuevas cadenas laterales a las moléculas producidas
naturalmente en las fermentaciones. Con ello se logra mejorar la estabilidad de la sustancia, aumentar su potencia
de acción, suprimir la posible toxicidad y aumentar el espectro de patógenos sensibles al antibiótico. Muchas
bacterias que han adquirido resistencia a la penicilina son sensibles a las nuevas penicilinas semisintéticas.
6.2.46. La ampicilina, la amoxicilina o la meticilina son penicilinas semisintéticas. Tienen ventajas desde el punto de
vista clínico, debido a su espectro de acción y al hecho de que muchas de ellas pueden administrarse por vía oral
(no requieren una inyección).
7. Importancia de los microorganismos en investigación e industria
7.1. Debido a su elevada tasa de metabolismo y reproducción, los microorganismos son capaces de fabricar los
productos finales de su actividad metabólica con una rapidez extraordinaria. Las técnicas clásicas de mejora
genética para conseguir estirpes superproductoras y el diseño de técnicas de cultivo idóneas para su empleo
industrial han permitido perfeccionar los procesos industriales que implican el crecimiento y cultivo de los
microorganismos. Estos tienen una importancia enorme en la obtención de muchos productos comerciales: algunos
alimentos, disolventes orgánicos, aminoácidos, vitaminas, enzimas, antibióticos e incluso las propias células
microbianas.
Un caso concreto sería la producción de enzimas: todos los microorganismos producen una gran variedad
de enzimas, en su mayoría en cantidades muy pequeñas, que actúan como catalizadores en las reacciones
metabólicas. Además, determinados microorganismos excretan algunas enzimas fuera de la célula en cantidades
mucho mayores. Las enzimas de interés industrial son fabricadas por hongos y por bacterias. El proceso de
producción suele ser aerobio y utiliza medios de cultivo baratos, que a veces son productos residuales de otras
industrias. Este tipo de enzimas se obtiene normalmente en grandes cantidades en la fase estacionaria del
crecimiento del microorganismo productor. La incorporación al proceso de las técnicas de ingeniería genética ha
incrementado notablemente su producción.
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BLOQUE IV. Microbiología
Un ejemplo de enzimas microbianas de interés industrial podría ser el de las proteasas bacterianas, que se
utilizan como aditivos en los detergentes para lavadoras llamados bioactivos, a los que también se agregan otras
enzimas, como amilasas y lipasas. Muchas de estas enzimas se obtienen de bacterias alcalinófilas, adaptadas a vivir
en ambientes alcalinos que presentan pH óptimos entre 9 y 10 y, por tanto, se muestran activas a los elevados pH
de las soluciones de este tipo de detergentes. También se emplean enzimas obtenidas de bacterias termófilas,
organismos capaces de resistir elevadas temperaturas. Sus enzimas alcanzan el máximo de actividad a temperaturas
superiores a los 60 °C, que son las habituales durante el lavado.
En los procesos industriales, las enzimas no se utilizan en forma de proteínas en solución, tal como las
producen los microorganismos, sino que resulta más conveniente “inmovilizarlas”, es decir, unirlas a un soporte.
Las enzimas inmovilizadas son plenamente funcionales y estables, lo que dificulta su desnaturalización. La
inmovilización de las enzimas se puede realizar mediante la polimerización de las propias moléculas de la enzima,
la unión a un transportador inerte o la inclusión en pequeñas membranas semipermeables en el interior de
microcápsulas.
7.2. Desde hace siglos, los seres humanos han utilizado, aun sin saberlo, procesos biotecnológicos en la elaboración
del pan, el vino, el queso o la cerveza. En el pasado, estos procesos eran empíricos, es decir, se conocían las
técnicas pero no los fundamentos, y estas se transmitían de generación en generación.
7.3. Los microorganismos industriales sintetizan la sustancia de interés con alto rendimiento, crecen rápidamente en
medios de cultivo baratos, disponibles en grandes cantidades, son susceptibles de manipulación genética y no son
patógenos para el hombre ni para los animales o las plantas.
7.4. Las bacterias, levaduras y mohos son utilizados en unos tipos muy importantes de reacciones de interés industrial,
que son las fermentaciones. Dichos microorganismos se clasifican en:
- Homofermentativos: cuando el resultado de su actuación es un único producto final.
- Heterofermentativos: como resultado de la fermentación se originan dos o más productos de interés.
7.5. Los enzimas son proteínas cuya fuente tradicional eran los vegetales y los animales, pero desde hace tiempo está
aumentando su obtención a partir de microorganismos y actúan para fabricar el producto deseado, o son ellos
mismos las sustancias de interés que se obtienen como producto de la fermentación.
La producción de enzimas es un proceso muy importante en la industria química y en el sector alimentario.
Las técnicas genéticas permiten seleccionar organismos superproductores de enzimas en condiciones controladas
con nutrientes adecuados.
Algunos de sus usos industriales son: Fabricación de detergentes biológicos, industria alimentaria para
bebés, industria cervecera, industria del cuero, industria papelera.
7.6.
- Amilasas, que digieren el almidón y son empleadas en las industrias panadera, papelera, alimentaria, textil,
lavandería, farmacéutica, etcétera.
- Proteasas, que digieren las proteínas y se utilizan en la industria panadera y cárnica, en la limpieza en seco, en
medicina, industria textil, lavandería, etcétera.
- Invertasa, que digiere la sacarosa. Se usa en confitería.
- Renina, que produce la coagulación de la leche y se emplea en la industria quesera.
- ADN polimerasa, que interviene en la replicación del ADN en la reacción en cadena de la polimerasa y se emplea
en la investigación biológica y forense.
7.7. La celulasa, que se emplea frecuentemente en la industria textil. Tradicionalmente, la tela vaquera era lavada con
piedra pómez para desteñir la superficie de la prenda. El tratamiento con celulasas daña menos la prenda y la
maquinaria.
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7.8. Una alternativa al uso de los nitratos es la utilización de ciertos microorganismos que viven en el suelo, como
algunas bacterias fijadoras de nitrógeno, que pueden utilizar el nitrógeno molecular como fuente de nitrógeno.
Muchas de estas bacterias viven en zonas cercanas a las raíces de las plantas y algunas, como Rhizobium,
establecen asociaciones simbióticas con las plantas leguminosas. Las bacterias fijadoras de nitrógeno se pueden
comercializar para añadirlas a los suelos y, así, enriquecerlos en nitrógeno para incrementar la producción vegetal.
7.9. Consiste en manipular las condiciones fisicoquímicas del alimento, de modo que se dificulta o imposibilita el
crecimiento de los microorganismos responsables de su deterioro. En las salazones, la concentración osmótica que
se alcanza no es tolerada por la mayoría de los microorganismos responsables de la descomposición de los
alimentos.
7.10.
- Fabricación del vino. En la elaboración del vino interviene la levadura Saccharomyces cerevisiae, que realiza una
fermentación alcohólica. El sustrato de fermentación lo constituyen los azúcares, fundamentalmente la glucosa,
presentes en el mosto, que es el zumo natural de las uvas. La levadura se encuentra de modo natural sobre la
piel de las uvas y transforma estos azúcares en etanol y CO2. El CO2 resultante de la fermentación se evapora o
se elimina artificialmente, excepto en el caso de los vinos espumosos. En la producción industrial del vino se
añaden cepas muy resistentes de levadura con el fin de incrementar el contenido de etanol en ciertos vinos.
- Producción de penicilina. El procedimiento de obtención de la penicilina consta de tres etapas:
1. Crecimiento del hongo productor, Penicillium chrysogenum, en fermentadores, con el medio de cultivo
adecuado para su desarrollo. En esta etapa se controlan factores como el suministro de nutrientes y de
oxígeno y la temperatura, a fin de conseguir las condiciones óptimas de crecimiento.
2 Al cabo de unas cuarenta horas de cultivo, el hongo ya no crece más y comienza a producir la penicilina (esta
etapa dura un máximo de 160 horas).
3 Purificación del antibiótico, fase en la que el hongo se separa del caldo de cultivo en el que ha crecido
mediante procesos de filtración o de centrifugación. Posteriormente, la penicilina, que se encuentra disuelta
en el caldo de cultivo, se separa mediante precipitación o extracción con disolventes. Finalmente, se purifica
el producto por cristalización.
Cuando se inició la producción en masa de este antibiótico, la penicilina que se obtenía era el
compuesto fabricado directamente por el hongo Penicillium, que se denomina penicilina G. En la actualidad,
esta penicilina ya no se utiliza para el consumo humano debido a su relativa toxicidad, y en su lugar se emplean
las llamadas penicilinas semisintéticas, compuestos más eficaces y menos tóxicos derivados de la penicilina G.
- Producción de proteasas bacterianas, que se utilizan como aditivos en los detergentes para lavadoras llamados
bioactivos, a los que también se agregan otras enzimas, como amilasas y lipasas. Muchas de estas enzimas se
obtienen de bacterias alcalinófilas, adaptadas a vivir en ambientes alcalinos que presentan pH óptimos, entre 9 y
10, y, por tanto, se muestran activas a los elevados pH de las soluciones de este tipo de detergentes. También se
emplean enzimas obtenidas de bacterias termófilas, organismos capaces de resistir elevadas temperaturas. Sus
enzimas alcanzan el máximo de actividad a temperaturas superiores a los 60°C, las habituales durante el lavado.
7.11. En la industria alimentaria tradicional se emplean diferentes tipos de microorganismos:
- Bacterias: producción de leches acidificadas (yogur, kéfir,…), quesos, vinagre o encurtidos, fermentación de
algunos embutidos.
- Levaduras: producción de pan, vino, cerveza.
- Hongos filamentosos: maduración de algunos quesos (roquefort, cabrales).
7.12. La fabricación del vino y la del queso constituyen dos procesos industriales en los que tiene lugar una
fermentación.
- En la elaboración del vino interviene la levadura Saccharomyces cerevisiae, que realiza una fermentación
alcohólica. El sustrato de la fermentación lo constituyen los azúcares, fundamentalmente la glucosa, presentes
en el mosto, el zumo natural de las uvas. La levadura se encuentra de modo natural sobre la piel de las uvas y
transforma estos azucares en etanol y CO2.
- En la elaboración del queso interviene un grupo de bacterias, denominadas bacterias lácticas, que fermentan los
azúcares sencillos de la leche para producir ácido láctico. Estas bacterias se encuentran de forma natural en la
leche sin esterilizar y las más importantes son Lactobacillus y Lactococcus.
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BLOQUE IV. Microbiología
7.13. Los microorganismos Industriales suelen ser manipulados genéticamente para que crezcan rápidamente en
medios de cultivo baratos disponibles en grandes cantidades y sinteticen la sustancia de interés con alto
rendimiento.
7.14. No, un microorganismo que se emplee industrialmente no debe ser patógeno ni para el hombre ni para los
animales o plantas. El tamaño de la población microbiana en un fermentador industrial es enorme y es muy difícil
evitar la contaminación del ambiente fuera del fermentador.
7.15. Lo importante en los procesos industriales es que el microorganismo tenga un crecimiento rápido y que sintetice
el producto deseado en un período relativamente corto de tiempo.
7.16.
a) La elaboración del queso constituye un proceso de la industria alimentaria que se basa en la actividad de los
microorganismos. Se lleva a cabo en tres etapas:
1. Adición a la leche de renina, también llamada cuajo, una enzima que se encuentra en el estómago de los
rumiantes. En combinación con el ácido láctico producido por las bacterias lácticas de la leche, la renina
precipita las proteínas lácticas formando un producto sólido, la cuajada, que se separa posteriormente del
componente líquido, el suero lácteo.
2. Separación del suero y la cuajada mediante un proceso de filtración. La filtración se realiza haciendo pasar el
conjunto a través de telas limpias. A continuación, se añade sal a la cuajada.
3. Maduración del queso. Según el tipo de queso, en esta etapa final intervienen otras bacterias, como
Micrococcus, responsables del sabor y el olor propios de cada variedad de queso.
b) En la elaboración del queso interviene un grupo de bacterias, denominadas bacterias lácticas.
c) Las bacterias lácticas fermentan los azucares sencillos de la leche para producir ácido láctico.
C6H12O6 (glucosa) → 2 CH3-CHOH-COOH (ácido láctico) + 2 ATP
7.17. Son sustancias antimicrobianas fabricadas y excretadas por microorganismos. Pueden definirse como
metabolitos secundarios de bajo peso molecular, que inhiben el crecimiento de microorganismos en cantidades
muy pequeñas. Son selectivamente tóxicos. Por ello, se utilizan con fines profilácticos o terapeúticos.
Solo hay tres grupos principales de microorganismos productores de antibióticos: los mohos, las
eubacterias y los actinomicetes. De entre ellos, únicamente unos pocos géneros son capaces de producir
antibióticos.
7.18. La producción comercial de antibióticos se basa en:
- La selección de estirpes del microorganismo productor. Tradicionalmente se ha trabajado con estirpes
seleccionadas (obtenidas por técnicas genéticas clásicas, como la mutación y la recombinación), que reciben el
nombre de "superproductores" debido a la enorme eficacia en la síntesis del compuesto. Actualmente existen
cepas modificadas por ingeniería genética, diseñadas especialmente para ciertos aspectos de la producción.
- El diseño de técnicas de cultivo que permitan el crecimiento de los microorganismos en condiciones óptimas para
la producción de los antibióticos, por ejemplo, mediante el control del pH y de la temperatura, aporte de
oxígeno, suministro de nutrientes, etcétera.
- La purificación del antibiótico mediante procesos de filtración o de centrifugación, precipitación o extracción con
disolventes y cristalización.
7.19. Depende del ser vivo que lo sintetice. En ocasiones se aíslan directamente de la naturaleza cepas productoras de
un fármaco a una concentración lo suficientemente alta como para que su producción comercial empiece
inmediatamente. Sin embargo, lo más frecuente es que, para aumentar el rendimiento hasta niveles aceptables para
su comercialización, el microbiólogo tenga que modificar genéticamente la cepa productora.
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8. Biotecnología: concepto y aplicaciones
BLOQUE IV. Microbiología
8.1. Concepto
8.1.1. La biotecnología, en un sentido amplio, se puede definir como la aplicación de organismos, componentes o
sistemas biológicos para la obtención de un bien o servicio. En esta definición entra desde la utilización de canarios
en las binas de carbón para la detección de gases nocivos a las modernas técnicas de ingeniería genética y
transgénesis o terapia génica.
8.1.2. La biotecnología se puede definir como el uso de seres vivos o procesos biológicos para la obtención de
productos de interés para los humanos. La gran variedad de sustratos que pueden emplear y de metabolitos que
pueden producir han hecho que los microorganismos hayan sido considerado y utilizados en biotecnología.
La biotecnología tradicional es el conjunto de técnicas y procedimientos de tipo artesanal en los que se
emplean seres vivos, en muchos casos microorganismos, para obtener productos de interés industrial; se sirve de
organismos vivos en su estado natural para mejorar razas o estirpes mediante técnicas de selección tradicionales.
La nueva biotecnología aplica técnicas de ingeniería genética para la manipulación del genoma de los organismos
vivos.
8.1.3. La producción a gran escala de antibióticos o de proteínas humanas se realiza mediante procesos
biotecnológicos que se basan en la utilización de microorganismos.
8.1.4. En 1993, dos investigadores americanos publicaron que los embriones humanos pueden ser divididos y
replicados para hacer muchas copias idénticas. En 1996, la clonación de la oveja Dolly a partir de células
diferenciadas abrió el camino para la clonación de seres humanos, algo que, en poco tiempo, será posible
técnicamente gracias a la biotecnología.
Las aportaciones más importantes de la biotecnología a la conservación del medio ambiente consisten,
hasta el momento, en la eliminación, depuración o reciclaje de residuos, ya sean urbanos, agrícolas o industriales.
Se pueden citar como ejemplos la depuración de las aguas residuales, el tratamiento de vertederos con obtención,
en ocasiones, de biogás, y el compostaje de residuos vegetales.
8.1.5. La biotecnología engloba todas las actividades que tienen en común el aprovechamiento de las células de todos
los organismos para producir sustancias útiles a la humanidad. La OCDE la define como la aplicación de
procedimientos científicos y técnicas a la transformación de ciertas materias por agentes biológicos para producir
bienes y servicios. Estos agentes biológicos son esencialmente microorganismos, células vegetales o animales, y
enzimas.
Antes de que se supiera de la existencia de microorganismos, el hombre los utilizaba para fabricar cerveza,
vino, pan, queso, etc.
La biotecnología está relacionada con disciplinas tales como la microbiología, la biología molecular y
celular, la bioquímica, la genética, la inmunología, la química, la ingeniería industrial y la informática.
8.1.6. Consiste en la alteración, al azar (mutación) o dirigida (ingeniería genética), del material genético de un
organismo para que éste produzca un producto determinado, o para reparar un fallo en el mismo.
8.1.7.
- Que acabarán con la diversidad de las especies.
- Que pueden ocasionar alergias.
8.1.8. Organismo transgénico es aquel que se desarrolla a partir de una célula en la que se ha introducido ADN
procedente de otro ser vivo.
8.1.9.
- Transgénico es todo organismo que contiene en su genoma ADN de otro organismo.
- Quimera es un organismo que contiene dos genomas diferentes en su cuerpo (soma).
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BLOQUE IV. Microbiología
8.1.10.
- Transgénico es todo organismo que contiene en su genoma ADN de otro organismo.
- Cisgénico es un organismo que contiene en su genoma fragmentos de ADN de su misma especie pero que ha sido
obtenido mediante ingeniería genética. Por ejemplo, un individuo tratado con terapia génica sería formalmente
“cisgénico”.
8.1.11. ¿ La universalidad del código genético permite a cualquier organismo expresar un gen de otro, pues todos
tienen (tenemos) el mismo código genético.
8.2. Microorganismos utilizados en Biotecnología
8.2.1.
a) En la fabricación del yogur intervienen un grupo de bacterias, denominadas bacterias lácticas, que fermentan los
azucares sencillos de la leche para producir ácido láctico. En el proceso de fabricación de la cerveza y del pan
intervienen levaduras de la especie Saccharomyces cerevisiae.
b)
- Fabricación del yogur:
C6H12O6 (glucosa) → 2 CH3-CHOH-COOH (ácido láctico) + 2 ATP
El producto de formación es el ácido láctico.
- Fabricación de la cerveza y el pan:
C6H12O6 (glucosa) → 2 CH3-CH2OH + 2 CO2 (ácido láctico) + 2 ATP
Los productos obtenidos en la fermentación son etanol y CO2.
c) Se podrían mencionar, entre otros:
- Industria química: muchos productos químicos de uso industrial, como ácidos orgánicos, alcoholes,
aminoácidos y enzimas son producidos por microorganismos y se emplean como disolventes, lubricantes,
conservantes, colorantes, potenciadores de sabores y aromas, etcétera.
- Industria farmacéutica: la obtención de productos farmacológicos más puros y baratos constituye uno de los
campos de aplicación de la biotecnología que más ha evolucionado en los últimos decenios del siglo xx.
Gran parte de la producción industrial farmacéutica se centra en la obtención de vacunas y antibióticos
nuevos.
- Agricultura: el sector agrícola y ganadero es uno de ios campos de aplicación más importantes de la
biotecnología derivada de la ingeniería genética. La biotecnología tradicional aplicada a la industria
agropecuaria se centra en la mejora de la producción de biofertilizantes, insecticidas biológicos y piensos.
- Biotecnología ambiental: es posible encontrar en cualquier ambiente una población microbiana adaptada a ese
entorno que participa activamente en el reciclaje de la materia. Esta propiedad de ¡os microorganismos es
aprovechada por diversos procesos biotecnológicos cuya finalidad principal consiste en la conservación y
preservación del medio ambiente.
- Biotecnología y minería: en algunas circunstancias las técnicas tradicionales en la minería no resultan
rentables, y se han desarrollado nuevas tecnologías que utilizan microorganismos para la extracción de
ciertos metales, uranio o petróleo.
8.2.2. La eubacteria que se utiliza habitualmente como huésped del plásmido es Escherichia coli. Los fármacos más
importantes obtenidos de esta manera que se utilizan en medicina son: la insulina y la hormona del crecimiento
humanas, la eritropoyetina, la uroquinasa, determinadas vacunas como la de la hepatitis B, los interferones alfa y
beta, algunas proteínas plasmáticas y los anticuerpos monoclonales.
8.2.3. Los mohos son hongos que sitúan sus esporas en el extremo de finos filamentos llamados hifas. Son aerobios
estrictos. En condiciones industriales sus micelios se cultivan en tanques, en donde forman masas sumergidas, por
lo que no producen esporas sexuales ni asexuales. No son capaces de fijar el nitrógeno gaseoso. Producen, junto a
las levaduras, fermentaciones que proporcionan bebidas (sake), productos alimenticios (quesos especiales), ácidos
orgánicos (cítrico, láctico), antibióticos (penicilina) o enzimas (amilasas, pectinasas, proteasas).
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8.3. Principales técnicas empleadas en Biotecnología
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8.3.1. La modificación de las características del microorganismo por técnicas genéticas clásicas (mutación y selección)
y la modificación de las condiciones físico-químicas del proceso para optimizar el rendimiento.
La biotecnología tradicional era un proceso empírico, es decir, se conocían las técnicas pero no los
fundamentos en que se basaban, mientras que la nueva biotecnología parte de los fundamentos para diseñan nuevos
procesos.
8.3.2. En estas técnicas se pone en contacto el microorganismo con la materia prima y se deja un tiempo para que el
proceso tenga lugar hasta que se alcanza el punto deseado.
8.4. Ingeniería genética
8.4.1. La ingeniería genética es un conjunto de tecnologías que permiten conocer y modificar el genoma de un
organismo. Son imprescindibles:
- Las enzimas de restricción, que actúan como “tijeras moleculares” y cortan el ADN por lugares específicos.
- ADN ligasa, necesaria para unir o “pegar” los fragmentos de ADN de distinta procedencia (tratados con la misma
restrictasa para generar extremos cohesivos), originando un ADN “híbrido” o ADNrec (recombinante).
- Un “vector” para trasladar este ADN recombinantes al interior del organismo receptor, siendo muy utilizados
como vectores los plásmidos bacterianos.
- La reacción en cadena de las polimerasas se ha convertido en los últimos años en una de las técnicas
imprescindibles en este tipo de experimentaciones.
8.4.2. La ingeniería genética ha supuesto toda una renovación tecnológica en muchas disciplinas importantes para el
ser humano y el medio ambiente, en particular en medicina, farmacia, agricultura y ganadería. También ha influido
de manera considerable en el ámbito de la investigación estimulando los enfoques de la biología molecular. Esto ha
permitido conocer mejor la estructura y la funcionalidad celulares, las características de muchos virus y las causas
de numerosas enfermedades que afectan a todos los seres vivos. Esta nueva área de investigación ha obligado a
replantear algunos de los principios de la bioética, pues en las aplicaciones de la ingeniería genética se han
producido algunas situaciones conflictivas.
8.4.3. Mediante ingeniería genética se pueden obtener sustancias a partir de la información incorporada a las células
bacterianas. Para ello, se les introducen plásmidos recombinantes que portan el gen que codifica el producto a
sintetizar. Una vez en el interior de la célula, los plásmidos se autorreplican, al tiempo que las bacterias crecen y se
dividen. Así se obtendrá una población de células idénticas (clon) que contendrá plásmidos recombinantes o, lo que
es lo mismo, el gen habrá sido sometido a clonación.
8.4.4. Las restrictasas o enzimas de restricción son proteínas de origen bacteriano que reconocen una determinada
secuencia nucleotídica, llamada sitio o diana de restricción y cortan el ADN en esa secuencia o en una región
adyacente (rompen un enlace fosfodiéster, liberando un extremo 5’P y otro 3’OH). Los trozos de ADN resultantes,
llamados fragmentos de restricción, pueden separarse mediante electroforesis sobre geles.
8.4.5. Las endonucleasas de restricción cortan el ADN solamente en ciertas secuencias de nucleótidos, lo que permite
saber en qué lugar se produce el corte. Eligiendo la enzima de restricción adecuada, los investigadores cortan las
moléculas de ADN como si emplearan "tijeras moleculares" en los sitios que les interesan. Antes de que se
descubrieran las endonudeasas de restricción, el ADN se fragmentaba por agitación mecánica. Los fragmentos se
producían por roturas al azar y así era imposible saber en qué fragmento se encontraba cada gen.
8.4.6. Mediante electroforesis sobre geles ya que el ADN se mueve hacia el polo positivo debido a las cargas
negativas de los grupos fosfato. Los fragmentos grandes se desplazan lentamente a través de los poros del gel,
mientras que los pequeños se mueven más rápidamente en el campo eléctrico. Después de la electroforesis, la
comparación de los tamaños de los fragmentos obtenidos en el experimento, con fragmentos de ADN de magnitud
conocida, permite estimar el tamaño de cualquier fragmento de ADN.
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8.4.7. Es un acrónimo del nombre científico de la especie bacteriana de la que proviene la enzima. La primera letra
(siempre con mayúscula) corresponde al género y las otras dos al término específico. Por ejemplo, TaqI se obtiene
de Thermus aquaticus.
Aunque lo correcto es poner las tres primeras letras en cursiva, puesto que derivan del nombre científico,
muchos libros y páginas de internet no lo hacen y escriben, por ejemplo, TaqI en vez de TaqI.
La letra restante alude a la cepa bacteriana y el número (romano) indica en orden del descubrimiento. La
1ª restrictasa descubierta en la cepa RY13 de Escherichia coli se designa como EcoRI. Otro ejemplo: HindIII fue la
3ª en aislarse de Haemophilys influenzae, cepa Rd.
8.4.8.
a) Escherichia coli
b) Bacillus subtilis
c) Haemophilus aegytius
8.4.9. Hay que tener en cuenta la complementariedad de las bases y que las cadenas de ADN son antiparalelas: 3’CTTAA^G-5’
8.4.10. Las enzimas de restricción actúan como “tijeras moleculares” que reconocen una secuencia nucleotídica
concreta (diana de restricción). Si el corte no se produce en el centro de esa diana al cortar el ADN queda en cada
extremo un pequeño trozo de hebra monocatenaria formada por las base de la secuencia de reconocimiento. Estos
extremos, llamados adherentes o cohesivos, son importantes pues permitirán que distintas moléculas de ADN,
tratadas con una misma restrictasa, formen enlaces de hidrógeno, según la complementariedad de bases, y tiendan a
juntarse. La ADN ligasa completa la unión al restablecer el enlace fosfodiéster. Este ADN recombinante es uno de
los fundamentos para las experiencias de ingeniería genética.
8.4.11. 5’-GAT^ATC´3’ y 3’-CTA^TAG-5’
8.4.12. Si el ADN es circular, al ser cortado por EspI, se obtendría un solo segmento lineal de 8 kb, pero si el ADN
inicial fuera lineal resultarían 2 fragmentos de tamaños dependientes del lugar en que se encuentre la diana de
restricción.
8.4.13. El ADN de la propia bacteria no es atacado porque los sitios o secuencias que reconoce la restrictasa han sido
modificados (metilados) en el ADN bacteriano por enzimas de modificación, de forma que la enzima de restricción
no reconoce la diana modificada.
8.4.14. Es lo más probable, pero para evitar tal circunstancia, que malograría el experimento, se utilizan bacterias
mutantes carentes de enzimas de restricción.
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8.4.15. La diana de restricción de A está a una distancia de 4 kb de un extremo. La diana de B está a 1 kb del otro
extremo.
8.4.16. FR(A): 6 kb y 14 kb
FR(B): 2 kb y 18 kb
FR(A+B): 2kb, 4 kb y 14 kb
8.4.17. Una sonda es un fragmento de ADN marcado de alguna forma (por ejemplo, radiactivo o fluorescente). Su
especificidad vendrá dada por la complementariedad de las bases.
Pueden utilizarse sondas de ADN y ARN. Las de ARN pueden ser de polaridad sentido (o mensajero) o
antisentido (antimensajero).
8.4.18. Las sondas de ADN se utilizan para localizar una región determinada de un cromosoma donde se encuentra un
gen que se desea clonar.
Para ello, emplean técnicas de hibridación que consisten en separar las dos cadenas que forman la molécula
de ADN y aparearlas con otra cadena de ADN específica, que es la sonda y que tiene la particularidad de ser
monocatenaria y conocida y servir para buscar secuencias complementarias.
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La sonda debe ser monocatenaria porque se tiene que unir a una hebra de ADN que se busca en el
cromosoma.
8.4.19. Las sondas de ADN empleadas en el diagnóstico de enfermedades infecciosas son fragmentos de ADN
complementarios a un fragmento del genoma del microorganismo patógeno. La hibridación de la sonda con este
genoma permite detectar la presencia del microorganismo en la muestra que se está analizando.
8.4.20.
- Una cadena de ADN que se utilice de molde. Puede ser ADN de cadena doble o ADN de cadena sencilla (por
ejemplo, procedente de la transcripción inversa de una molécula de ARN, lo que se denomina cADN).
- Iniciadores o cebadores, es decir, moléculas cortas de ADN de cadena simple que son complementarias a cada
uno de los extremos 3’ de la parte que se pretende copiar. Estas cadenas sintéticas de 15-20 nucleótidos se
utilizan como cebadores, posibilitando la acción de la polimerasa.
- ADN polimerasa termoestable, o sea, que resista temperaturas cercanas a 100 °C sin desnaturalizarse; por
ejemplo la Taq polimerasa, obtenida de la arqueobacteria Thermus aquaticus, que vive en aguas termales.
- Suficiente cantidad de los 4 desoxirribonucleótidos (en forma de trifosfato: dATP, dGTP, dCTP, dTTP).
- Un tampón adecuado a pH fisiológico y que incluya iones Mg2+, cofactor necesario para las ADN polimerasas.
- Termociclador, aparato que automatiza todo el proceso.
8.4.21. El cebador de la PCR es un fragmento pequeño de ADN monocatenario cuya secuencia de bases es
complementaria de la cadena de ADN molde.
Es necesario la presencia del cebador para que la ADN polimerasa una los desoxirribonucleótidos al
extremo 3' de una cadena existente. Hace el papel del "primer" en la replicación natural del ADN.
8.4.22. Una vez introducido en el termociclador (debidamente programado) el tubo con la muestra que se va a
amplificar y todo lo necesario para que se realice la reacción, se consideran 3 fases o etapas por ciclo:
- Desnaturalización. Se requiere una temperatura elevada de 94-95 °C para separar las cadenas del ADN que se
quiera amplificar. La duración de un ciclo inicial (cuando hay que desnaturalizar ADN genómico compuesto
por grandes fragmentos de ADN) suele ser de minutos y la del resto de ciclos de pocos segundos hasta minutos
dependiendo del tamaño del fragmento amplificado.
- Hibridación o anillamiento. La temperatura desciende por debajo de la temperatura de desnaturalización de los
cebadores hasta 50-60 °C, para hacer posible el emparejamiento de las bases nitrogenadas entre los iniciadores
y las cadenas de ADN previamente separadas en la fase anterior. La duración de ese paso suele ser de pocos
segundos.
- Elongación o extensión. La temperatura sube a 66-72 °C, dependiendo de la polimerasa termoestable utilizada en
la reacción, facilitando la copia del ADN inicial o molde. En esta fase es cuando tiene lugar la síntesis in vitro
de ADN. Duración, dependiendo del fragmento a amplificar, desde pocos segundos a varios minutos.
8.4.23. Todas las utilidades de la PCR están basadas en la amplificación exponencial del cualquier fragmento de ADN.
Los fragmentos a amplificar pueden ser de secuencia conocida o desconocida.
- Detección de organismos genéticamente modificados.
- Realizar las reacciones de amplificación que son necesarias para secuenciar el genoma humano y de otros
organismos.
- Estudios evolutivos. Mediante la PCR se pueden amplificar genes de organismos ya extinguidos a partir de
pequeñas cantidades de ADN presente en algunos fósiles y luego compararlos con genes semejantes de
organismos actuales.
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- Estudios históricos y arqueológicos. Se han podido conocer datos referentes a enfermedades de origen genético
amplificando el ADN de muestras de individuos momificados de civilizaciones antiguas.
- Medicina forense, la huella genética. Se emplea en investigaciones policiales para identificar sospechosos o
víctimas a partir de restos de orgánicos (sangre, semen, pelos, etc.) y para investigar la paternidad (incluso de
personas fallecidas) en cuestiones de herencias.
8.4.24. La respuesta es afirmativa. Conociendo la secuencia de aminoácidos de una proteína o de parte de ella se
puede deducir una secuencia de ADN que la codifique y, a continuación, sintetizar el ADN correspondiente.
El proceso se realizaría añadiendo nucleótidos al extremo de la cadena en crecimiento. En el extremo 3' se
fija un soporte sólido, que puede ser un gel de sílice, y se van añadiendo nucleótidos activados al extremo 5'. Al
final de un ciclo de adición, la cadena en crecimiento se separa de la mezcla de reacción por centrifugación o
filtración. Luego se repite el proceso para añadir otro nucleótido a la cadena.
Este proceso se realiza automáticamente mediante máquinas llamadas sintetizadores de ADN, que
producen cadenas de unos 100 nucleótidos.
8.4.25. Dada la complejidad de los genomas eucariotas, se recomendaría la primera opción: obtención de un gen
sintético correspondiente a la secuencia de aminoácidos de la proteína cuyo gen se desea clonar.
8.4.26. La clonación génica es la producción de un número ilimitado de copias de un fragmento de ADN.
El primer paso consiste en la obtención de un número suficiente de copias del fragmento a clonar, y el
segundo, en la ligación de este fragmento a un vector de clonación que será el encargado de producir el número
deseado de copias mediante su multiplicación en el agente hospedador adecuado (bacterias para plásmidos,
bacteriófagos y cromosomas artificiales de bacterias y levaduras para cromosomas artificiales de levaduras).
8.4.27. En la clonación lo que se persigue es la síntesis de múltiples copias idénticas (clones) de un fragmento de ácido
nucleico, normalmente de un ADN. Los vectores de clonación son moléculas de ácido nucleico con la capacidad de
replicar en un hospedador en las que se introduce un fragmento de ADN (al que denominamos genéricamente
“inserto”) con el fin de que lo multipliquen.
Los vectores de clonación más comunes son los plásmidos (hospedados en bacterias), si bien se han
utilizado desde bacteriófagos (por tanto multiplicados o crecidos en bacterias) hasta cromosomas artificiales de
levaduras o cromosomas artificiales de bacterias.
8.4.28. Un vector de clonación es una molécula pequeña de ADN, generalmente circular, que tiene la capacidad de
autorreplicarse dentro de las células hospedadoras, independientemente de los cromosomas de estas. El vector
debe:
- Poseer una secuencia determinada de bases, que es el origen de la replicación.
- Tener genes marcadores que permitan identificar rápidamente las células que contienen ese vector. Generalmente
se trata de genes de resistencia a antibióticos.
- Llevar el gen que se desee clonar.
8.4.29. La respuesta está en la definición de plásmido: fragmento pequeño y circular de ADN bacteriano que se
encuentra de manera natural en casi todas estas células y que se reproduce independientemente del cromosoma
bacteriano, ya que tiene su propio origen de replicación, el cual es imprescindible para iniciar la replicación de!
ADN e indispensable en la clonación.
Se pueden utilizar, asimismo, vectores fragmentos pequeños de ADN de bacteriófagos, que también tienen
su origen de replicación. Estos fragmentos deben estar libres de cualquier ADN que dañe a la bacteria receptora.
8.4.30. El principal método de transformación de plantas es la utilización de Agrobacterium tumefaciens, una bacteria
que si es portadora de los genes adecuados, transfiere una porción de su genoma a una célula vegetal herida si bien,
en realidad, transfiere una porción de un plásmido.
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El segundo método de transformación más utilizado en plantas es la biolística (o biobalística) que consiste
en propulsar los genes de interés dentro de las células con la ayuda de un cañón de ADN que introduce a gran
velocidad microesferas de metal cubiertas de ADN, con lo cual se modifica el ADN de las células.
8.4.31. Para poder obtener plantas transgénicas se realizan las siguientes operaciones:
- 1. Transformación.
+ Se clona el gen deseado en un plásmido. El más utilizado es el Ti perteneciente a Agrobacterium
tumefaciens, una bacteria que provoca agallas en las plantas.
+ La infección lleva consigo la inserción del plásmido en el material genético de la célula vegetal. La cadena
del plásmido contiene genes que inducen la producción de los tumores. Una vez eliminados estos genes e
insertados los deseados, se provoca la infección y las células integran sin problemas la secuencia del
plásmido que ya no es patógeno y que, en cambio, lleva la información que se le insertó por medio de la
tecnología del ADN recombinante.
- 2. Regeneración. Las células del tejido transformado se cultivan in vitro hasta dar lugar a una nueva planta. Si
todo ha salido bien, la nueva planta contiene el ADN insertado de forma estable y lo transmite a sus
descendientes.
8.4.32. Porque el ciclo reproductor de un fago lítico concluye con la lisis del huésped, con la muerte celular.
8.4.33. La transducción es un fenómeno parasexual de las bacterias que consiste en pasar material genético,
generalmente fragmentos de ADN, de una bacteria donante a otra receptora que los incorporará en su genoma,
utilizando como vehículo un virus bacteriófago.
Esto que ocurre de manera natural es utilizado como técnica en ingeniería genética para introducir el ADN
en una célula hospedadora, utilizando como vector de clonación el genoma de un virus bacteriófago en el que se
clonará el gen deseado. Previamente se eliminan del genoma vírico otros genes que pudieran perjudicar a la
bacteria receptora.
8.4.34. El genoma del fago M13 es uno de los más empleados para la clonación de genes porque no provoca la muerte
de las bacterias. Los viriones se liberan por un proceso de gemación y es posible obtener cultivos infectados que
proporcionan una fuente continua de ADN fágico.
8.3.35. Porque los fagos pueden insertar su ADN en las bacterias pero no en una célula eucariota, pues son parásitos
de las bacterias.
8.4.36. Los retrovirus son virus animales que tienen ARN como material genético y poseen una enzima, la
retrotranscriptasa (una ADN polimerasa ARN dependiente) que, cuando el virus se encuentra dentro de una célula
animal, realiza la transcripción inversa, es decir, la síntesis de una molécula de ADN a partir del ARN viral. Este
ADN se incorpora al cromosoma de la célula y sintetiza el ARN viral y las proteínas virales.
La utilización de retrovirus para formar vectores de clonación para células eucariotas se debe a la
propiedad que tienen los retrovirus de insertar el fragmento con el gen clonado en un cromosoma.
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Por supuesto, antes de utilizar el virus se han eliminado de su material genético todos los genes de
virulencia y se sustituyen por el gen que se desee clonar.
8.4.37. La utilización de retrovirus como vectores puede presentar algunos inconvenientes: el sitio de inserción del gen
no se puede predecir, la cantidad de ADN clonado es limitada y la expresión del gen clonado es a menudo
transitoria. Además, los vectores tienen una capacidad de infección limitada por lo que quedan desactivados
rápidamente dentro del hospedador.
8.4.38. El plásmido Ti solo se ha utilizado para modificar plantas dicotiledóneas del tipo de la uva, la patata, el apio, el
tomate, la alfalfa o la lechuga. No se ha podido aplicar a plantas monocotiledóneas como el maíz o el trigo; en
estas no produce tumores, aunque existen datos que indican que su ADN se transfiere a este tipo de plantas y se
expresa en ellas.
8.4.39.
- Vector de clonación: son las moléculas de ADN bicatenario, de pequeño tamaño y generalmente circular, en las
que se inserta el gen que se desea clonar. Estas moléculas deben tener replicación autónoma para, así, poder
encontrarse en un elevado número de copias en el interior de la bacteria. Además, deben llevar algún gen
marcador para poder detectar fácilmente su presencia.
- Enzimas de restricción: son las enzimas que se emplean para cortar el ADN del donante del gen y el ADN del
vector de clonación. Producen cortes en el interior de la doble hélice del ADN en zonas que contienen una
secuencia de bases determinada. Tanto el vector como el fragmento del ADN que contiene el gen deben de ser
sometidos a la misma endonucleasa de restricción, frecuentemente de tipo II, pues producen cortes asimétricos
que generan extremos cohesivos. Estas enzimas facilitan la incorporación del gen que se desea clonar.
- ADN ligasa: son las enzimas que se encargan de unir el fragmento que se quiere clonar con el vector de
clonación. Estas enzimas ligan o sellan esa unión formando enlaces covalentes entre bases adyacentes. El
resultado es una molécula de ADN recombinante.
8.4.40. Los cromosomas artificiales son vectores de clonación en los que es posible multiplicar grandes fragmentos de
ADN. En el caso de cromosomas artificiales de levaduras (YACs) el vector debes contener (desde un extremo al
otro): un telómero, un marcador selectivo, un centrómero, un origen de replicación, un lugar para clonar el ADN
(lugar con varias dianas de enzimas de restricción) y otro telómero. En el caso de vectores artificiales de levaduras
(BACs), el vector debe contener un origen de replicación de Escherichia coli, un origen de replicación bacteriano y
un marcador selectivo.
8.4.41. Ya se han fabricado los "cromosomas artificiales de levadura", vectores YAC (yeast artificial chromosomes).
Son segmentos de ADN que tienen todas las características necesarias para mantenerse de forma estable en el
núcleo de la levadura. Tienen un origen de replicación específico de levaduras, un centrómero, dos telómeros y dos
marcadores para detectar su expresión. El YAC puede introducirse en una célula de un tejido y ser replicado con el
resto de los cromosomas.
8.4.42. El origen de replicación es el lugar del cromosoma donde, como su propio nombre indica, se inicia (se origina)
la replicación del ADN. Los cromosomas bacterianos (y los plásmidos) suele tener un solo origen de replicación,
mientas que los cromosomas eucariotas tienen varios orígenes por cromosoma.
8.4.43. El plásmido debe contener al menos un gen selectivo que permita la selección de las bacterias que lo portan.
De esta forma, si un plásmido contiene un gen que codifica para una proteína que degrade un determinado
antibiótico (por ejemplo, ampicilina), al añadirlo al cultivo sólo sobreviven las bacterias que han incorporado el
plásmido en cuestión. Al cabo de pocas horas toda la descendencia originada, portadora del plásmido, será
resistente y expresará el producto génico que se pretende.
8.4.44. Los genes marcadores o chivatos codifican para una proteína que confiere una nueva característica a las células
transgénicas, de forma que permite seleccionar aquellas células en las que se ha producido el proceso que se
persigue, normalmente la transformación genética de una célula.
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8.5. Aplicaciones de la biotecnología
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8.5.1. Sí, una de las aplicaciones de los animales transgénicos a las ciencias médicas ha sido la producción de órganos
animales con riesgo reducido de rechazo tras un trasplante. La administración de medicamentos que bloquearan la
respuesta inmunitaria del hospedador contribuiría a evitar los posibles rechazos.
8.5.2. Resistencia a plagas de insectos, resistencia a herbicidas, resistencia a condiciones adversas o de suelos pobres,
mayor tamaño, semillas de pequeño tamaño o formación de frutos carentes de semillas (ejemplo: uvas o sandías),
piel más resistente para evitar maceraciones (tomates), en ciertos frutales lograr que permanezcan los frutos
maduros en el árbol más tiempo para evitar que se maceren al caer al suelo, enriquecimiento en la producción de
ciertas sustancias (como nutrientes escasos o ausentes en la planta original), …
8.5.3. Las plantas transgénicas son más resistentes a los herbicidas, a los insectos y a las enfermedades microbianas;
pueden presentar, además, un valor nutritivo mayor.
8.5.4. No siempre se puede detectar directamente. En todo caso, la legislación obliga a que se indique en la etiqueta si
se trata de un transgénico.
8.5.5. La insulina es una proteína que permite que las células asimilen los glúcidos que circulan por la sangre tras
ingerir alimentos.
La insulina que se ha venido utilizando en la terapia de la diabetes mellitus se extraía del páncreas de
ganado vacuno o porcino. Esta insulina era algo diferente en su secuencia de aminoácidos de la insulina humana y,
aunque controlaba básicamente la sintomatología diabética, presentaba efectos secundarios como el deterioro del
riñón y de la retina. En otros casos producía reacciones alérgicas. Además, algunas personas tenían prejuicios en
inyectarse insulina de origen animal.
En la actualidad, las aplicaciones biotecnológicas de la ingeniería genética han permitido la modificación
de bacterias para que fabriquen insulina, exactamente de la misma composición que la humana, mediante la
introducción del gen correspondiente de las personas. La insulina fue la primera sustancia elaborada por estas
técnicas en 1982.
8.5.6Que la insulina obtenida por ingeniería genética es idéntica, en todos los aspectos, a la insulina purificada del
páncreas humano. También es menos cara que la insulina porcina o bovina que se utilizaba previamente.
8.5.7. Se obtienen por ingeniería genética, introduciendo el gen codificador del antígeno propio de la enfermedad en
un microorganismo apto para el cultivo.
8.5.8. La ingeniería genética ha permitido obtener vacunas sin tener que utilizar virus vivos. La primera vacuna
obtenida por esta técnica ha sido la de la hepatitis B humana.
La vacuna se elabora transfiriendo un gen de un antígeno concreto de la superficie del virus a una levadura
en donde este gen se expresa. Multiplicando la levadura en un fermentador se pueden fabricar grandes cantidades
del antígeno puro, que, una vez aislado y purificado, se utiliza directamente como vacuna.
8.5.9. Las vacunas tradicionales, sobre todo las vacunas atenuadas, comportan siempre un riesgo potencial para el
individuo al que se administran. Los microorganismos patógenos se debilitan o inactivan antes de inocularlos en
personas o animales. En caso de no conseguirse la inactivación total del agente patógeno puede producirse una
infección. Las cepas atenuadas son, además, difíciles de seleccionar, estandarizar y mantener; tienen un tiempo
limitado de almacenaje y requieren refrigeración y condiciones adecuadas.
Las vacunas obtenidas por ingeniería genética son más seguras que las vacunas normales atenuadas o
inactivadas. La modificación de un patógeno mediante técnicas genéticas in vitro suele ser mucho más precisa y
más potente que las técnicas tradicionales in vivo.
8.5.10. Estas vacunas contienen solo las moléculas antigénicas de los organismos patógenos que producen la
enfermedad. Estas moléculas son proteínas y se obtienen clonando el gen que en el microorganismo forma esa
proteína. Estos genes, clonados en algún microorganismo no patógeno o en otro organismo, producen directamente
el factor antigénico que ya sin riesgo se puede introducir en el receptor de la vacuna.
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Hoy en día, la vacuna de la hepatitis B se realiza por ingeniería genética. Son muy efectivas en el caso de
vacunas víricas.
Se está estudiando la posibilidad de producir plantas portadoras de vacunas en sus células con el fin de
obtener vacunas incluidas en productos vegetales comestibles.
8.5.11.
- 1. Crecimiento del hongo productor (Penicillium chysogenum) en fermentadores con medio de cultivo adecuado.
- 2. Al cabo de 40 horas el hongo deja de crecer y empieza a producir penicilina, esta etapa dura hasta
aproximadamente las 160 horas.
- 3. Purificación del antibiótico.
8.5.12. Es una penicilina natural que ha sido modificada artificialmente. Se emplean porque son más eficaces y menos
tóxicas.
8.5.13. La selección de estirpes del microorganismo productor y el diseño de técnicas de cultivo.
8.5.14. Conocimiento de la enfermedad a nivel molecular y posterior diseño dirigido de una molécula biológicamente
activa que, al interaccionar con las moléculas biológicas adecuadas, contrarrestre los efectos moleculares de la
enfermedad.
8.5.15. Son compuestos naturales con capacidad para curar o mejorar los síntomas de alguna enfermedad. Estas
moléculas, una vez purificadas e identificada su estructura química, se obtienen ellas directamente u otras
semejantes mejoradas por síntesis química o mediante microrganismos modificados genéticamente.
8.5.16. Muchas son las industrias de producción de alimentos en las que desempeñan un papel fundamental los
microorganismos. La fabricación del pan, del vino, de la cerveza, del queso y de las leches fermentadas constituyen
procesos de la industria alimentaria que se basan en la actividad de los microorganismos.
- Fabricación del pan. Los microorganismos que intervienen en la fabricación del pan son levaduras de la especie
Saccharomyces cerevisiae, las cuales llevan a cabo una fermentación alcohólica que emplea como sustratos de
fermentación los glúcidos presentes en la harina de trigo. Los productos obtenidos en la fermentación son:
etanol, que se evapora en la cocción, y CO2, responsable de que la masa aumente de volumen y se esponje.
- Fabricación del vino y de la cerveza. En la fabricación de! vino y la cerveza también interviene la levadura
Saccharomyces cerevisiae, que realiza una fermentación alcohólica.
+ En el caso del vino, el sustrato de fermentación lo constituyen los glúcidos presentes en el mosto, el zumo
natural de las uvas, rico en fructosa y glucosa. La levadura, que se encuentra de forma natural sobre la piel
de las uvas, transforma estos azúcares en etanol y CO2.
+ La cerveza es el resultado de un procedimiento de fabricación más complicado desde el punto de vista
tecnológico, ya que implica la germinación de las semillas de cebada para obtener malta y su tueste
posterior, en un proceso que se conoce como malteado. Los glúcidos presentes en la malta constituyen el
sustrato para la fermentación alcohólica. El producto final se consigue mediante la incorporación de algunos
aditivos, como las flores de lúpulo, responsables del sabor amargo de la cerveza.
- Fabricación del queso y de leches fermentadas. En la elaboración del queso y productos como el yogur o la
cuajada interviene un grupo de bacterias, llamadas bacterias lácticas, que fermentan glúcidos sencillos para
producir ácido láctico.
8.5.17. Con la ingeniería genética se pretende evitar ciertas patologías y aumentar la producción de carne o leche, sin
los riesgos que implica un engorde artificial con hormonas.
Los mayores éxitos se han obtenido en acuicultura, ya que resulta mucho más fácil manipular
genéticamente peces debido a la fecundación externa y a que sus huevos, por su tamaño, permiten fácilmente la
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microinyección de fragmentos de ADN reconstituidos. Así, se han obtenido variedades transgénicas de peces
comerciales, como el salmón atlántico, la lubina o la carpa.
8.5.18. Actualmente ambos organismos se pueden clonar, sin embargo, el procedimiento es más fácil en las plantas
por la gran capacidad regenerativa que presentan muchas de ellas y por la inmovilidad relativa de las células
vegetales, lo que permite observar clones aislados. Se realiza la manipulación genética de células individuales en
medio de cultivo (líquido o sólido) y, con un mayor o menor grado de dificultad, la planta entera puede regenerarse
a partir de esa única célula. Las plantas regeneradas se espera que posean la misma carga genética, es decir, que
sean clones.
8.5.19. La tecnología actual permite hacer ambas cosas. Sin embargo, es más fácil metodológicamente obtener un
animal transgénico: el gen específico se inserta en un vector y esta molécula recombinante se introduce por
microinyección en el núcleo de un óvulo fecundado o en el núcleo de células embrionarias. En ambos casos se
implantan en el útero de una hembra y se permite su desarrollo.
8.5.20. Las aportaciones más importantes de la biotecnología a la conservación del medio ambiente consisten, hasta el
momento, en la eliminación, depuración o reciclaje de residuos ya sean urbanos, agrícolas o industriales. Se pueden
citar como ejemplos la depuración de aguas residuales; el tratamiento en vertederos con obtención, en ocasiones,
de biogás, y el compostaje de residuos vegetales. El tratamiento de residuos industriales suele ser más complicado.
También se han comercializado insecticidas biológicos y plásticos biodegradables.
8.5.21. En la actualidad se están empleando microorganismos para el tratamiento y utilización de residuos de origen
biológico o resultado de procesos agrícolas. A la aplicación de los microorganismos en este campo se la conoce
con el nombre de biorremediación. Por ejemplo, ciertas algas pueden desarrollarse comensalmente en un medio
con bacterias capaces, a su vez, de oxidar los residuos. El resultado es la liberación de O 2 y sustratos de materia
orgánica rica en proteínas, que pueden utilizarse como piensos para peces y animales de granjas. Los procesos para
los que básicamente se utilizan de manera conjunta algas y bacterias son: 1. Los que tienen como finalidad la
oxidación de residuos. 2. Los que se destinan a la producción de algas y al reciclado de nutrientes.
8.5.22. Una de las aplicaciones más interesantes de las modernas técnicas biotecnológicas, principalmente de la
ingeniería genética, es la de aprovechar la capacidad de biodegradación de algunas bacterias; para ello, se
transmite esta capacidad a otros organismos mediante la clonación de los genes responsables de la degradación de
sustancias químicas tóxicas.
Por ejemplo, hay una estirpe de Pseudomonas modificada genéticamente y patentada en 1974 que contiene
genes en un plásmido que le permite degradar eficazmente hidrocarburos.
También se utilizan microorganismos modificados para eliminar sustancias contaminantes del subsuelo de
las zonas con industrias químicas en las que hay filtraciones de productos tóxicos.
8.5.23. Se conocen microorganismos que degradan hidrocarburos, pero el problema para la descontaminación de
mareas negras (formadas por mezclas de hidrocarburos) es que cada especie de microorganismo degrada un
determinado hidrocarburo. Mediante técnicas de biotecnología se pretende conseguir un microorganismo que posea
las enzimas necesarias para degradar varios tipos de hidrocarburos.
8.5.24. Obtención de animales transgénicos que suministren medicamentos (proteínas humanas) u órganos para
transplantes (xenotransplantes). En cuanto a la producción de proteínas humanas, los trabajos están yendo en la
línea de capacitar a las células de las mamas para que produzcan únicamente la proteína que se pretende y poderla
extraer de la leche. En cuanto a los xenotransplantes, se han conseguido éxitos en el caso de transplantes de tejidos,
e incluso transplantes de órganos.
8.5.25.
- Fecundación in vitro.
- Cultivos celulares para obtener piel artificial (útil para curar procesos ulcerosos y quemaduras).
- Cultivo de células madres embrionarias y lograr que se transformen en diversos tejidos.
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8.5.26.
- Terapia génica, consistente en recurrir a virus modificados (retrovirus) que son empleados como vectores de los
genes.
- Clonación en bacteriófagos, o virus que infectan bacteria, normalmente Escherichia coli.
8.5.27.
- El golden rice (arroz con vitamina A).
- Las plantas que producen fármacos.
- Las plantas que detoxifican suelos contaminados con mercurio, explosivos y otros contaminantes.
8.5.28. Sí. Teóricamente bastaría con conocer la secuencia del gen en cuestión (la secuencia de la insulina en este
caso), colocarle un promotor adecuado y se podría expresar el gen en tomate u otras plantas.
Un problema a esta estrategia es que la insulina se sintetiza como un precursor, preproinsulina que, una vez
sintetizado, requiere un procesado postraduccional para producir la proinsulina que, a su vez, es procesada para
producir la insulina madura y funcional. Todas estas modificaciones puede que no se produzcan en las células de
tomate.
8.5.29. En la denominada terapia génica lo que se pretende es “curar” o sustituir un gen mutado.
- Si esa cura se consigue proporcionando una copia adicional, por supuesto no mutada, del gen se denomina
“adición génica”.
- Otra posibilidad de terapia es la “modificación génica” en la que se persigue conseguir mutar de nuevo el gen
hacia un alelo normal.
- Y por último encontramos la “cirugía génica” en la que mediante recombinación homóloga hay que conseguir
sustituir la copia mutante por una copia normal del gen.
En la actualidad las enfermedades hereditarias tratadas con éxito mediante terapia génica son las
enfermedades de tejido “accesibles”, como las enfermedades de sistema inmunitario. Otras enfermedades en las
que es necesario acceder al núcleo de las células de órganos muy concretos como el hígado, son actualmente de
difícil acceso por la falta de vectores adecuados.
8.5.30. Como resultado del Proyecto Genoma Humano, en abril de 2003 se completó toda la secuencia de nucleótidos
del genoma humano, que actualmente está disponible en Internet.
Algunas de las conclusiones más importantes anunciadas hasta la fecha son:
- La secuencia completa contiene 3 000 millones de pares de bases en el genoma haploide.
- Solo una pequeña fracción del ADN humano es codificante para proteínas o ARN. Más del 90% del ADN
humano no tiene una función conocida por ahora.
- Se piensa que el 99,9% de los genes de todas las personas son iguales. El 0,1% restante es la causa de las
diferencias entre los seres humanos.
8.5.31. La clonación génica es la producción de un número ilimitado de copias de un fragmento de ADN.
El primer paso consiste en la obtención de un número suficiente de copias del fragmento a clonar, y el
segundo, en la ligación de este fragmento a un vector de clonación que será el encargado de producir el número
deseado de copias mediante su multiplicación en el agente hospedador adecuado (bacterias para plásmidos,
bacteriófagos y cromosomas artificiales de bacterias y levaduras para cromosomas artificiales de levaduras).
8.5.32. El individuo resultante presentaría las características del individuo B. Es el núcleo del individuo B el que se
introduce en el óvulo. Este orgánulo representa el almacén de la mayoría de la información genética de la célula,
además de ser el centro de control para la expresión de esta información; allí se localizan y se replican los
cromosomas y se transcribe el ADN que contienen.
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8.5.33.
a) Clonar es hacer copias idénticas. Se pueden clonar genes u organismos. En este caso, un clon es un organismo
genéticamente igual a otro. Esto implica que fenotípicamente son también idénticos. Organismos clónicos
naturales son los gemelos univitelinos, que proceden del mismo cigoto. En el caso que se trata aquí, son clones
obtenidos artificialmente por manipulación de las células embrionarias.
b) La información genética en el ADN esta codificada por la secuencia de bases nitrogenadas, que es propia y
exclusiva de cada molécula de ADN.
Según el dogma de la biología molecular, un gen tiene la información codificada en la secuencia de sus
bases para transcribir un ARNm que, a su vez, traduce la secuencia de aminoácidos para formar el polipéptido
base de la proteína.
c) Los intrones son segmentos más o menos largos de las moléculas de ADN de las células eucariotas, los cuales
no contienen información para formar el polipéptido. Los exones, sin embargo, son fragmentos del ADN
formado por codógenos, es decir, secuencia de bases que contiene información para formar el polipéptido. En la
transcripción se transcriben intrones y exones, pero luego, en la maduración del ARNm, se eliminan los
intrones y se dejan solo los exones.
8.5.34. Los humanos y otros mamíferos, una vez infectadas sus células, sintetizan unas proteínas antivíricas
denominadas interferones. La presencia de dichos interferones impide la síntesis de proteínas víricas. Esta proteína
se ha podido obtener en cantidades significativas gracias a la ingeniería genética. Se ha demostrado su eficacia en
algunos tratamientos, pero la aparición de efectos secundarios ha disminuido las expectativas que en 1980 se
crearon sobre su utilización. En biotecnología se continúa investigando sobre sus posibles propiedades
anticancerosas.
8.5.35.
a) La ingeniería genética es el conjunto de procedimientos que permiten el aislamiento, la purificación, la
manipulación y la expresión del material genético. Mediante estos procedimientos es posible obtener seres
vivos con una información genética elaborada por el hombre y también clonar genes, es decir, fabricar ADN
recombinante e introducirlo en células hospedadoras adecuadas en las cuales pueda expresarse y originar la
proteína buscada.
b) Se denominan organismos transgénicos a los microorganismos, animales y plantas que llevan en su genoma
genes "extraños", es decir, genes introducidos artificialmente y que no proceden de sus antecesores por
herencia. Tienen un gran interés en la investigación biomédica, ya que se pueden utilizar como modelos vivos
de enfermedades humanas y pueden emplearse para producir proteínas humanas o para fabricar medicamentos
como vacunas, interferones o anticuerpos.
c) Se realizan los siguientes pasos:
1. Se cortan los vectores de clonación mediante unas enzimas llamadas endonucleasas de restricción. Estas
enzimas reconocen secuencias entre cinco y diez pares de bases y después cortan la doble hélice del ADN.
Siempre que es posible se emplean las endonucleasas de tipo II, pues producen cortes asimétricos que
generan extremos cohesivos. Estas enzimas facilitan la incorporación del gen que se desea clonar.
2. El fragmento de ADN que contiene el gen debe ser sometido a la acción de la misma endonucleasa de
restricción con el fin de que presente, también, extremos cohesivos capaces de unirse a los producidos en el
vector de clonación.
3. Posteriormente, las enzimas llamadas ligasas se encargan de unir el fragmento que se quiere clonar con el
vector de clonación. Estas enzimas ligan o sellan esa unión formando enlaces covalentes entre bases
adyacentes. El resultado es una molécula de ADN recombinante.
Desde hace varios años se están fabricando vacunas recombinantes: se emplea la parte de un genoma
vírico que codifica las proteínas que estimulan la producción de anticuerpos, pero se eliminan los genes que
codifican los factores de virulencia.
8.5.36.
a) Clonar un gen es obtener un conjunto de numerosas copias de ese gen. La clonación implica la separación física
de ese fragmento concreto y su unión a una molécula pequeña de ADN vector para luego replicarlo miles o
millones de veces. Por último, se introduce en una célula hospedadora. Por tanto, las etapas de la clonación de
un gen pueden resumirse como sigue:
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1. Aislamiento y obtención del gen.
2. Selección del vector de clonación.
3. Formación de ADN recombinante.
4. Inclusión del ADN recombinante en una célula hospedadora.
5. Comprobación de la expresión del gen clonado y selección de las células hospedadoras que lo llevan.
Las células hospedadoras pueden ser:
- Células bacterianas. El gen deseado, unido al vector, se introduce en las bacterias, y al multiplicarse estas se
consigue un número muy elevado de copias de ese gen. Es la vía clásica de clonación.
- Células eucariotas. El gen se une al vector de clonación apropiado y se introduce en células vegetales,
animales o en levaduras.
b) Con los animales transgénicos, se ha conseguido mejorar la producción y la calidad nutricional de la carne, la
leche y otros productos de la ganadería.
Por otra parte, se ha transferido a animales de granja el gen de la hormona de crecimiento de otros
animales, con lo que se obtiene una mayor producción de proteína animal. Actualmente se investiga en la
transferencia de genes en animales de granja para aumentar su resistencia a las enfermedades y a las
condiciones ambientales adversas.
Las plantas transgénicas se utilizan para mejorar la producción agrícola, pues permite crear especies
resistentes a plagas, herbicidas y enfermedades microbianas o con un valor nutritivo mayor.
En la actualidad se comercializan varias plantas modificadas genéticamente resistentes a ciertos
herbicidas y a infecciones víricas o a las larvas de insectos. Se han conseguido, así mismo, tomates que no se
estropean tan rápidamente como los tomates normales, por lo que pueden recogerse en un estado de maduración
más avanzado.
Test:
1. b
2. a, e
3.b
4. c
5. d
6. todos
7. b
8. 1-a; 2-c; 3-d; 4-a
9. b, e
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10. c
11. c
12. b
13. d
14. b
15. c
16. d
17. d
18. d
19. a, b
20. a
21. c
22. c, d
23. b
24. b
25. c
26. d.
27. a) hongos (levadura).
b) bacterias.
c) hongos.
d) hongos (levadura).
e) hongos
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