Los procesos microbiológicos en la actividad agropecuaria (página 3)

• Ascocarpos: Los cuales encierran las ascas, que contienen a las ascosporas.

• Clases: Ascomycetes.

• Tipos: Cleistoteca, Periteca, Apoteca y Ascostroma.

• Basidiocarpos: En los que están contenidos los basidios, sobre los cuales se forman las basiodiosporas.

• Clases: Basidiomycetes

• Tipos: Setas, sombreritos, orejas, etc.

Clases de importancia agropecuaria.

Existen distintos esquemas de clasificación de los hongos y donde mayor confusión existe es en la ubicación de las llamadas clases de hongos inferiores, puesto que hay autores que prefieren excluirlos de los hongos.

Las diferencias de clasificación son originadas por el incompleto conocimiento acerca de los hongos que se tiene en la actualidad y continuarán existiendo, hasta que algunos de los conocimientos micológicos sean salvados:

Como ya habíamos apuntado, los hongos pueden ser beneficiosos o perjudiciales al hombre, los animales y las plantas cultivadas.

Hongos fitopatógenos. Algunos ejemplos:

• Chytridiomycetes: Synchytrium endobioticum (costra verrugosa de la papa)

• Plasmodiophoromycetes: Spongospora subterranea (costra pulverulenta de la papa)

• Oomycetes: Pythium del tomate, Phytophthora infestans (tizón tardío de la papa y el tomate), Peronosporaceae (mildius algodonosos), Peronospora tabacina (moho azul del tabaco)

• Ascomycetes: Ceratocystis paradoxa (pudrición de la piña en la caña de azúcar), Erysiphe cichoracearum (mildiu polvoriento de las cucurbitas), Diaporthe citri (melanosis en cítricos), Glomerella (antracnosis en frutales).

• Deuteromycetes: Colletotrichum, Gloesporium, Pestalotia, Botrytis (pudrición en cebolla), Verticillium (marchitez), Piricularia oryzae (cuello roto y tizón en arroz), Helminthosporium sacchari (mancha ocular en la caña), Alternaria solani (tizón temprano en papa y tomate), Cladosporium fulvum (moho gris en tomate), Cercospora coffeicola (mancha en cafeto), Rhizoctonia solani y Sclerofium rolfsii (parásitos de casi todas las especies cultivadas).

• Basidiomycetes: Puccinia erianthi (roya de la caña de azúcar), Uromyces phaseoli typica (roya del frijol).

Hongos relacionados con la explotación animal. Algunos ejemplos:

• Zygomycetes: Rhizopus, causan grandes alteraciones sobre alimentos almacenados.

• Deuteromycetes: Aspergillus, alteran productos alimenticios y muchas especies producen exotoxinas en piensos. Penicillium, causan alteraciones en forrajes y en los piensos producen toxinas. Fusarium, produce toxinas en pienso.

• Ascomycetes: Clariceps purpurea, que parasita el centeno y otros cereales y cuyas esclerocias contienen alcaloides tóxicos para el hombre y los animales, a los que causa el llamado ergotismo.

• Basidiomycetes: Ustilago, produce la enfermedad llamada "carbón" en los frutos de las gramíneas. Uromyces, produce la enfermedad llamada "ferrumbre" sobre las hojas de las gramíneas en áreas forrajeras y pastizales.

Diferentes aspectos de la morfología y reproducción de los hongos, serán vistos en la Práctica de Laboratorio Virtual.

Preguntas de comprobación (Hongos)

• 1. Tipos de hifas somáticas. Características

• 2. Reproducción y estructuras reproductoras.

• 3. Importancia agropecuaria de los hongos.

Las levaduras. Distribución

Son organismos muy cosmopolitas, es decir, muy difundidos en la naturaleza y se les puede encontrar en la corteza de las frutas, el suelo de los viñedos, los granos, el aire, la piel, sobre la superficie de las hojas, en el intestino de animales y algunos insectos.

Se diseminan mediante portadores y por el viento.

Importancia de las levaduras.

Pueden ser organismos beneficiosos o perjudiciales a las plantas, los animales y el hombre.

Por fermentación se utilizan en la producción de alimentos como el pan, cervezas, vinos, vinagre, quesos de maduración superficial.

Pueden originar alteraciones indeseables en jugos de frutas, jarabes, melazas, mieles, gelatinas, carnes, cervezas, vinos, etc.

Algunas levaduras producen enfermedades en los vegetales, animales e incluso a las personas. Son utilizadas para la producción de alcohol a partir de mieles finales de la industria azucarera. También desecadas y prensadas son utilizadas para el consumo humano y como alimento animal (levadura torula).

Caracteres generales.

Las levaduras son organismos monocelulares que pueden presentar formas muy variadas, desde esféricas, ovaladas y elípticas hasta cilíndricas, inclusive.

Carecen de clorofila, son de nutrición heterotrófica, y pueden obtener la energía necesaria para el metabolismo por respiración o por fermentación de los carbohidratos.

Son capaces de reproducirse asexualmente por gemación o división celular como en las bacterias y sexualmente. Algunas levaduras son saprófitas y otras parásitas. Se incluyen en los hongos Ascomycetes.

A. División celular B. Gemación

Caracteres de cultivo:

Su crecimiento en medios de cultivo sólidos y líquidos se asemeja en ocasiones al de las bacterias.

En medios sólidos las colonias pueden ser lisas, arrugadas, enteras, irregulares o vellosas. La consistencia es ligeramente pastosa cuando son jóvenes, pero al envejecer se espesan y tienden a secarse. Las colonias pueden ser coloreadas.

En medio líquido pueden crecer como sedimento, turbidez, películas o velos y anillos.

Reproducción de las levaduras:

Pueden presentar reproducción asexual y sexual.

Tipos asexual:

• Gemación: es la forma principal de reproducción. La célula madre produce una evaginación que aumenta de tamaño, se estrangula y finalmente se separa la célula hija.

• Fisión o división celular: En la célula madre se forma un tabique transversal el cual se engrosa y divide en dos células que finalmente se separan.

Tipos sexual:

• Copulación gametangial entre células que funcionan como gametos.

• Copulación entre ascosporas.

La reproducción sexual en las levaduras es más compleja que la asexual.

Clasificación de las levaduras:

Según su interés como grupo microbiano y por su participación en procesos industriales se tienen:

• Levaduras industriales o cultivadas ( verdaderas o naturales)

• Levaduras falsas.

Levaduras industriales o cultivadas:

Son las que se han denominado como verdaderas y son aquellas que se encuentran en la naturaleza de forma natural en los viñedos y otras frutas.

Se utilizan en la fabricación de bebidas alcohólicas o en la industria panadera. La mayoría pertenecen al género Sacharomyces.

Levaduras falsas:

Incluyen algunos géneros que producen pigmentos carotenoides insolubles en agua, pero solubles en cloroformo.

Aquí se incluye el género Torula, el cual se utiliza en la fabricación de levaduras para piensos a partir de las mieles de caña de azúcar, produciéndose una gran biomasa celular rica en vitaminas del complejo B.

Sistemática general de las levaduras:

• Reino: Fungi.

• Clase: Ascomycetes

• Subclase: Hemiascomycetidae

• Orden: Endomycetales.

• Familias: Endomycetaceae, Saccharomycetaceae.

Preguntas de comprobación (Las levaduras)

• 1- Papel de las levaduras en la producción de alimentos, licores y la nutrición animal.

• 2- Forma principal de reproducción

Tema I: Microbiología General

Conferencia No. 3

Microorganismos

Contenido:

• Ecología y control de los microorganismos. Influencia del ambiente sobre la vida microbiana. La temperatura. Concentración osmótica. Potencial redox. Agua. Filtración y centrifugación. Compuestos químicos. Relaciones ecológicas entre los microorganismos.

• Fisiología y nutrición microbiana. Las enzimas microbianas más importantes desde el punto de vista agrícola. Procesos de nutrición. Exigencias nutricionales. Fuentes de carbono, nitrógeno, minerales y vitaminas. Los medios de cultivo. Tipos y compuestos.

Objetivos: Que los estudiantes adquieran conocimientos relativos a:

• Influencia de los factores ambientales sobre la vida microbiana.

• Papel de las enzimas en la nutrición microbiana, así como los procesos de nutrición y la importancia de los medios de cultivo en el aislamiento microbiano.

DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS

Ecología y control de los microorganismos.

El bienestar y la prosperidad del hombre dependen en gran medida de su dominio sobre las poblaciones microbianas.

Conocer los límites máximos y mínimos de los factores ambientales que inciden en el desarrollo microbiano nos permite en caso de ser perjudicial, inhibirlo e incluso destruirlo a través de las medidas de control.

Las condiciones ambientales tanto físicas, químicas y biológicas actúan a la vez sobre un microorganismo, estando influenciado mutuamente, por lo que en conjunto inciden en los caracteres morfológicos y fisiológicos para ese hábitat en especifico, pudiendo presentarse modificaciones sustanciales de la vida microbiana en correspondencia con el medio exterior. Esta influencia del medio se tiene en cuenta en la lucha contra los microorganismos patógenos.

Influencia del ambiente en la vida microbiana.

Los organismos microscópicos al igual que los macroscópicos que habitan en el planeta están sujetos a las diferentes modificaciones que sufre el medio, modificaciones que pueden ser bióticas o abióticas, o sea que sus actividades vitales están determinadas en gran medida por factores físicos, químicos y biológicos.

Los factores ambientales pueden influir sobre los microorganismos en forma favorable o desfavorable, o sea entre los microorganismos y su medio se establece una estrecha interacción y cualquier modificación en uno de ellos, conlleva a cambios en el otro, de ahí que ambos funcionen como una unidad dialéctica.

Influencia de la temperatura:

La temperatura ejerce gran influencia sobre el crecimiento microbiano, determina el índice y magnitud de éste, así como el metabolismo y la morfología del organismo. Cada especie crece a temperaturas determinadas dentro de cierto intervalo.

Los microorganismos pueden desarrollarse a temperaturas comprendidas entre 0 – 90°C, de ahí que podemos plantear que requieren de temperaturas mínimas, óptimas y máximas; las cuales varían para cada tipo microbiano.

Gráfico. Efecto de la temperatura sobre la actividad fisiológica microbiana

Temperatura mínima: Es la más baja a la que se desarrolla un microorganismo (aunque muy lentamente), por debajo de la cual el crecimiento cesa al presentarse un retardo en los procesos metabólicos, pudiendo pasar a un estado latente y en algunos géneros, producir esporas y hasta causar la muerte.

Temperatura óptima: Es la más favorable para la actividad microbiana, pudiendo no coincidir esta temperatura para todas las actividades celulares.

Temperatura máxima: Es la más alta a la que se desarrolla un microorganismo, por encima de la cual muere debido a lesiones en los ribosomas, la desnaturalización de las proteínas y la alteración de la barrera osmótica.

Entre la temperatura mínima y la máxima se constituye una "zona de temperatura de desarrollo", la cual varía su amplitud para cada especie, siendo en algunas estrecha (estenotermal) y amplia (euritermal) en otras.

Partiendo de este intervalo o zona de desarrollo, los organismos se clasifican en los siguientes:

• Psicrófilos.

• Mesófilos

• Termófilos.

Psicrófilos: Se desarrollan a bajas temperaturas (0°C), pudiendo encontrarse de 0 – 20 °C.

En la industria congeladora de alimentos hay que tener en cuenta los hongos y bacterias de este grupo, que pueden dañar los alimentos y materiales almacenados. Existen pocas especies patógenas.

Mesófilos: Se desarrollan a temperaturas medias de 10 – 45°C.

Pertenecen la mayoría de las especies microbianas y patógenas. Muchas de las especies del suelo, agua y patógenas son de este grupo. También se incluyen las bacterias coliformes y ruminales.

Termófilos: Se desarrollan a temperaturas altas, superiores a 45°C (hasta 90°C). Se les puede encontrar en la superficie de los suelos bajo la radiación directa, en materiales en fermentación (estiércol, compost, ensilaje, etc.) y en las llamadas fuentes termales.

Efecto de las bajas temperaturas:

A temperaturas bajas se produce un retardo de los procesos metabólicos por detención de las actividades enzimáticas, la muerte por envejecimiento, aumenta la toxicidad del NaCl y la destrucción de las células como consecuencia de daños en la membrana celular por la formación de cristales al congelarse el agua libre o adsorbida.

Las bajas temperaturas inhiben los procesos de fermentación y putrefacción, de ahí que las neveras y cámaras de refrigeración se utilicen para conservar los alimentos.

Los microorganismos se conservan en el laboratorio a temperaturas bajas y aunque algunos mueren, la mayoría se mantiene viable, razón por la cual se emplea la refrigeración (4 – 7°C) o la técnica de liofilización, en la cual el microorganismo se deshidrata profundamente en estado de congelación y se conserva al vacío.

Efecto de las altas temperaturas:

Las células vegetativas mueren a temperaturas entre 50 – 70°C, pero para matar las esporas son necesarias temperaturas mucho mas elevadas. La resistencia al calor de los microorganismos varía con el contenido de agua que estos tengan o con el tipo de calor (húmedo o seco) a que estén sometidos. Para el calor húmedo en los laboratorios microbiológicos se emplean las denominadas autoclaves y para el calor seco los hornos, entre otros equipos.

La mayor resistencia se manifiesta en condiciones de sequedad.

Control de los microorganismos por el calor:

Como ya se ha explicado, el calor mata por coagulación de las proteínas y la temperatura letal para un microorganismo está influida por el grado de hidratación de éste, pues las proteínas se coagulan a más baja temperatura cuanta más alta sea su hidratación.

Por lo anterior, el calor húmedo obra letalmente a más baja temperatura que el calor seco, además de que el calor húmedo tiene mayor poder de penetración en la célula microbiana.

En la destrucción de los microorganismos por el calor deben precisarse los términos esterilización y desinfección.

Esterilización: Implica la muerte de todos los microorganismos o de sus órganos reproductores, por lo tanto, un medio estéril está totalmente libre de organismos vivos.

Desinfección: Eliminación de ciertos microorganismos, que por lo general son los nocivos o inhibir su desarrollo.

Zona térmica letal y período térmico letal: Estas expresiones se utilizan para determinar la resistencia de los microorganismos al calor. La zona térmica letal amplía el concepto de punto térmico letal utilizado con inexactitud la mayoría de las veces.

Como punto térmico letal se define aquella temperatura que causa la muerte a un microorganismo cuando le es aplicada durante 10 minutos.

El período térmico letal es vital en muchas aplicaciones de la Microbiología, como en la conservación de alimentos que no pueden ser calentados demasiado y para los tratamientos de semillas por el calor sin que éstas pierdan viabilidad.

Al determinar el punto y el período térmico letal, debe tenerse en cuenta que estos varían con las características del medio en que se encuentran los microorganismos.

La muerte de los microorganismos es más rápida en medios ácidos que en neutros. La alta concentración de azúcares, albúminas y grasas incrementan la resistencia al calor; mientras que las altas concentraciones de sales tienen efecto depresivo o estimulante sobre la acción del calor. Las células secas (esporas) son más resistentes que las húmedas, razón por la cual la esterilización por el calor se efectúa a más baja temperatura con vapor (calor húmedo) que con aire seco. Las células más viejas son más resistentes que las jóvenes.

En el laboratorio (real o virtual) visualizaremos los equipos, utensilios y procedimientos para la esterilización y desinfección.

Influencia de la concentración osmótica:

Cuando los microorganismos se encuentran en un medio de alta concentración osmótica (medio hipertónico) mayor que la del contenido celular, el agua tiende a salir de las células, se deshidratan los microorganismos y cesan en ellos las actividades vitales. A este fenómeno se le denomina plasmólisis. Por el contrario, si los microorganismos se encuentran en un medio de menor concentración (medio hipotónico) el agua tiende a entrar en ellos y en este caso se hinchan y puede reventar. A este fenómeno se le llama plasmoptisis o turgencia.

Con respecto a la vida de los microorganismos y en relación con la concentración del medio se clasifican en:

• Osmotolerantes: Que pueden resistir o tolerar altas concentraciones osmóticas.

• Osmofílicos: Que requieren medios con alta concentración de soluto.

• Halofílicos o halófílos: Que requieren altas concentraciones salinas.

• Sacarófilos: Que crecen en medios con elevadas concentraciones de azúcar.

Por lo general las altas concentraciones de sal (10 -15%) y de azúcar (50 -70%) inhiben a los microorganismos. Este hecho es el fundamento de la preservación de los alimentos por el salado o curado en sal, o por soluciones concentradas de azúcar (almíbar). En ambos casos, el mecanismo de inhibición es la plasmólisis; las células se deshidratan y se suspenden el metabolismo y el crecimiento. Las células no mueren, necesariamente; se mantienen en estado latente o de inhibición.

En general las levaduras y hongos resisten más que las bacterias las altas concentraciones osmóticas, aunque son excepción las bacterias halófilas, para el caso de la sal.

Influencia del oxigeno y potencial redox:

En biología tienen gran importancia los potenciales de oxidación-reducción de los medios donde se desarrollan los microorganismos. El potencial redox de un medio se expresa por el símbolo Eh y es la capacidad de ceder o captar electrones de cualquier sustancia. A mayor proporción de sustancia reducida corresponde un potencial redox más bajo y a la inversa. Cuando las concentración del oxidante es igual a la del reductor, no hay diferencia de potencial y entonces se expresa por el símbolo Eo.

El oxígeno (O2) es vital para los microorganismos que respiran, aunque puede constituir un veneno cuando se usa en concentraciones mayores de 0.2 atmósfera, aun para los microorganismos que crecen en el aire. Por otra parte, el oxigeno incluso a la presión normal del aire, es con frecuencia tóxico para algunos microorganismos.

De acuerdo al potencial redox y presiones de oxigeno se tienen los tipos de microorganismos:

• Aerobios obligados: Se encuentran sólo en medios aerobios y requieren oxígeno, pues generalmente no pueden generar energía mediante fermentaciones.

• Facultativos: Son capaces de obtener energía tanto por respiración como por fermentación y, por lo tanto, no requieren oxígeno para sus actividades; algunos de ellos pueden utilizar el oxigeno del NO3 (nitratos) y SO4 (sulfatos) cuando el O2 está ausente.

• Anaerobios: Son aquellos que nunca utilizan el O2 y, por lo general, carecen de los citocromos terminales que transfieren los electrones al O2. Sin embargo, hay dos grupos de anaerobios:

1: Los aerotolerantes, que no utilizan O2, pero este elemento no los daña drásticamente.

2: Los aerófobos o anaerobios estrictos, que no usan el O2, pero sí son dañados por él.

• Microaerófilos: Que requieren presiones de oxígeno menores que 0.2 atm. y a los cuales les son perjudiciales mayores presiones de O2.

Influencia del agua y la humedad:

Los microorganismos necesitan agua para el desarrollo de sus procesos de crecimiento normal; la falta de humedad detiene estos procesos. La deshidratación de la célula microbiana y de su contorno ocasiona la suspensión de la actividad metabólica y, como consecuencia, el descenso de toda la población viable.

El grado de humedad del medio resulta en gran medida beneficioso al desarrollo de los microorganismos, que influyen en el grado de disolución que requieren determinados compuestos para ser incorporados a la célula microbiana.

Los microorganismos poseen resistencia variable a la desecación. Muchos tienen mecanismos defensivos ante la desecación intensa, lo que les permite soportar esta durante años, por ejemplo: las bacterias esporuladas de los géneros Bacillus y Clostridium y las esporas de los hongos, son resistentes.

La desecación tiene utilidad práctica en la henificación o desecación natural de los forrajes y el silo presecado.

En general los microorganismos cuando se encuentran en un medio carente de humedad, aparecen en un estado de inactividad metabólica y al existir una humedad adecuada, se activan sus células, se estimula el metabolismo microbiano.

Filtración y centrifugación:

Ambos constituyen formas de separar los microorganismos de las sustancias que los contienen. Para tales fines se emplean los filtros bacteriológicos y las centrifugas de gran velocidad, respectivamente.

Filtración: Permite separar los microorganismos de los líquidos o soluciones de sustancia termolábiles (que se alteran por el calor). Tal es el caso del suero humano y animal, soluciones con bicarbonato de sodio que es inestable, enzimas, sustancia tóxicas, algunos antibióticos.

Existen diferentes tipos de filtros, los cuales se diferencian esencialmente por las características del material filtrante.

En la mayoría de los filtros el diámetro de los poros de las placas es lo suficientemente ancho para dejar pasar los microorganismos, por lo cual es evidente que el efecto de la filtración no se consigue por la acción tamizante, sino por la adsorción de los microorganismos por las paredes de los poros, asociado a la carga eléctrica que transporta los microorganismos y la naturaleza del líquido filtrante.

Centrifugación: Permite separar las partículas materiales suspendidas en un liquido, por acción de la fuerza centrífuga.

Por medio de la centrifugación a altas velocidades durante un tiempo suficiente, pueden separarse los microorganismos de las suspensiones y depositarse en el fondo de los tubos de centrifugación. Estas centrífugas pueden ser o no refrigeradas.

Influencia del pH (concentración de hidrogeniones):

El pH juega un papel muy importante en la vida de los microorganismos en general, ya que la variación más alta de los rangos compatibles con la vida microbiana, provoca ruptura del punto isoeléctrico de las proteínas, ocurriendo supresiones de los procesos enzimáticos y perturbación de las proteínas del soma microbiano.

En el hábitat natural el pH es variado, por lo cual la vida microbiana estará afectada de acuerdo con la preferencia o tolerancia de los microorganismos a los valores de pH específicos de los medios donde se desarrollan.

Cada microorganismo tiene un valor de pH óptimo en una zona de valores pH dentro de la cual solamente es posible su desarrollo.

La mayoría de los medios naturales tienen valores de pH entre 5 y 9 y los microorganismos que crecen en esta zona son naturalmente lo más abundantes. Sólo unas pocas especies pueden desarrollarse en medios con valores de pH por debajo de 2 ó por encima de 10.

En cuanto a los diferentes grupos microbianos, se tiene que:

• Bacterias, se desarrollan a pH entre 6 y 8, con un óptimo de 7 (neutro), aunque con algunas excepciones, por ejemplo: las bacterias del azufre y las lácticas se desarrollan a pH tan bajos como 2 y 4.

• Actinomicetos, aunque requieren pH entre 7 y 8, su pH óptimo se observa alrededor de pH 7,5 (ligeramente alcalino). Estos son muy sensibles a condiciones ácidas y un pH inferior a 6 inhibe su desarrollo.

• Hongos filamentosos y levaduras, pueden medrar (crecer) a un pH más ácido que las bacterias. No obstante, con respecto a los hongos algunos autores plantean que la zona de pH de desarrollo es extremadamente amplia, con un óptimo de ácido a ligeramente ácido (5 a 6). Sin embargo, ambas pueden vivir a pH entre 2 y 8.

El medio de cultivo y el sustrato natural según donde vivan los microorganismos pueden tener modificaciones en su pH como resultado del metabolismo microbiano.

El pH también puede acidificarse con las altas temperaturas, al actuar sobre la disociación de los ácidos en el proceso de la esterilización en la autoclave.

Compuestos químicos:

Existen compuestos químicos, que unido a factores físicos y biológicos no propician el desarrollo microbiano. Son sustancias inorgánicas y orgánicas que por sus propiedades y a las concentraciones en que se encuentren, realizan una acción de variable magnitud sobre toda forma de vida.

• Desinfectantes: Eliminan las formas vegetativas de la célula, pero no las formas resistentes de microorganismos patógenos y saprófitos. Pueden también inhibir su desarrollo. Se aplican con preferencia sobre superficies, objetos, etc. Ejemplo: ácidos, álcalis, sales (HgCl2, CuSO4), oxidantes (H2O2, KMnO4), alcoholes, aldehídos, fenoles y cresoles, jabones y detergentes.

• Antisépticos o microbiostáticos: Mientras estén presentes inhiben el crecimiento y la multiplicación. Al agotarse el antiséptico continúa el desarrollo microbiano. Se aplican con preferencia sobre tejidos y organismos vivos. Son denominados estáticos y puede hablarse de agente bacteriostáticos, fungistático y alguistático.

• Microbicidas: Son los compuestos que se utilizan para prevenir el ataque microbiano a materiales deteriorables y reciben el nombre del tipo de organismos contra el que van dirigidos. Ejemplo: Fungicida, bactericida, etc.

Influencia de la radiaciones:

Las radiaciones de acción perjudicial para los microorganismos son las ionizantes (rayos X, rayos gamma y los rayos catódicos) y las electromagnéticas de mayor longitud de onda (rayos ultravioleta y ondas ultrasónicas de muy alta frecuencia).

El efecto de las radiaciones sobre la célula microbiana se traduce en su muerte o en su mutación. Sobre esta base se han desarrollado muchos medios de esterilización en que se aplican las radiaciones y que son útiles para la esterilización de sustancias termolábiles.

• Luz ultravioleta: Actúa sobre todo en la superficie y tiene muy poco poder de penetración.

Su efecto letal se produce, por su acción sobre el ADN, el cual, junto con las proteínas, absorbe estas radiaciones.

Tiene gran aplicación práctica en los salones de operaciones, purificación de las aguas, cuartos de siembre, instalaciones lecheras, etc.

• Rayos X: Tienen un gran poder de penetración y una fuerte acción letal, pero su aplicación para la esterilización no es práctica, pues su producción en cantidad es muy costosa e incluso peligrosa.

Producen disposiciones anormales y roturas en los enlaces H del ADN y alteran las estructuras moleculares secundarias.

• Rayos gamma: Son de menor longitud de onda que los rayos X. Tienen gran poder de penetración y fuerte acción bactericida.

Producen la ionización de las sustancias en las células, que conlleva a su inactivación. Provocan la muerte por su acción sobre el ADN. Aunque posibilitan la esterilización de materiales voluminosos, su uso está limitado por no disponerse de grandes focos de irradiación ni equipos que eviten la inseguridad humana

Relaciones bióticas o ecológicas entre los microorganismos.

Son las interacciones que se producen entre los factores bióticos (organismos vivos) del ambiente.

Las especies microbianas rara vez existen solas en la naturaleza. Cuando dos o más especies de microorganismos se encuentran en un espacio limitado, existen muchas posibilidades de interacciones que pueden ser beneficiosas o dañinas a uno o varios de ellos.

En algunos casos se asocian microorganismos de una misma especie (relación intraespecífica) y microorganismo de especies diferentes o con otros organismos (relación interespecífica).

Tipos de relaciones bióticas:

I.- Intraespecíficas:

1.- Beneficiosas

– Protección mutua.

– Reproducción

2.- Perjudiciales

– Competencia

II.- Interespecíficas:

1.- Simbióticas:

– Mutualismo

– Sinergismo

– Comensalismo

2.- Antagónicas:

– Antibiosis

– Explotación: Parasitismo y Predación

– Competencia

I. Relaciones intraespecíficas.

1. Beneficiosas:

• Protección mutua: Es la que se lleva a cabo entre los microorganismos de una población, los cuales se protegen mutuamente de los efectos adversos del ambiente.

• Reproducción: La eficiencia de la reproducción es favorecida –en la mayoría de los casos- cuando la densidad poblacional de microorganismos es mayor por unidad de superficie. Así por ejemplo, cuando se inoculan microorganismos biofertilizantes o controles biológicos, debe garantizarse la población suficiente de viables.

2. Perjudiciales

– Competencia: Es la que se establece entre los individuos de la población, en la cual éstos rivalizan entre si por los nutrientes, la luz, el espacio vital, etc. y es mayor a medida que aumenta la densidad de población.

II. Relaciones interespecíficas:

1. Simbióticas: En este tipo de relación, por lo menos una de las partes que entran en la misma resulta beneficiada y ninguna de las dos sale perjudicada.

Mutualismo: En este tipo, las dos partes resultan beneficiadas por la relación. Como ejemplo se tienen:

• Nódulos radicales: Asociación entre las bacterias del género Rhizobium y las raíces de plantas leguminosas.

• Líquenes: Asociación entre los hongos, algas y cianobacterias que forman estas estructuras.

• Micorrizas: Asociación entre hongos filamentosos y las raíces de las plantas.

Sinergismo: Concurso activo de dos o más organismos para realizar funciones (generalmente transformaciones químicas) que ninguno de ellos puede efectuar por si solo.

Ejemplo: Escherichia coli y Staphyllococcus aureus cultivadas en caldo sacarosa producen gases, mientras que por separado no lo hacen.

Comensalismo: Asociación alimentaria de dos o más individuos de distintas especies, en la cual uno de ellos sale beneficiado y el otro, no experimenta ningún perjuicio.

Ejemplos:

2. Antagónicas.

Antibiosis: Es el fenómeno en el cual la actividad metabólica de un organismo produce sustancias que difundidas en el medio en que se desarrollan, son capaces de matar o impedir la multiplicación de otro organismo con el que vive.

Ejemplos:

• Las bacterias del género Bacillus tienen efecto antagónico sobre las del género Pseudomonas.

• Las estructuras del hongo Fusarium pueden ser destruidas por bacterias del genero Bacillus.

• Ciertas bacterias, actinomicetos y hongos elaboran sustancias antibióticas que tiene acción perjudicial sobre otros organismos.

Explotación

• Parasitismo: Aquí la parte beneficiada (parásito) reside como ectoparásito o endoparásito en el hospedante (perjudicado).

Los parásitos pueden ser obligados o facultativos.

Ejemplos:

• Bacterias y hongos fitopatógenos.

• Virus y rickettsias como endoparásitos obligados.

• Destrucción de bacterias del género Rhizobium por bacteriófagos (virus bacteriano)

• Predación: Muerte de un organismo (presa) por otro (predator o predador) a fin de alimentarse.

Ejemplo: Predación de bacterias del género Rhizobium por protozoos.

Competencia: Esta se establece entre dos o mas especies diferentes, cuando las condiciones medioambientales y nutricionales se encuentran en cantidades no suficientes para satisfacer sus necesidades.

Preguntas de comprobación: (Ecología microbiana)

• 1- En la naturaleza, los factores ambientales (físicos, químicos y biológicos) interactúan entre sí, pero en el laboratorio, para estudiar el efecto de uno de ellos, es preciso mantener constante los restantes.

• a) Influencia de la temperatura y clasificación de los organismos.

• b) Influencia del O2 y potencial redox y clasificación de los microorganismos.

• 2- De las relaciones bióticas :

• a) Tipos dentro de las intraespecíficas.

• b) Tipos dentro de las interespecíficas.

Fisiología y nutrición microbiana.

La fisiología trata de la actividad de los microorganismos, donde son fundamentales los procesos de asimilación y desasimilación, que están íntimamente ligados y determinan el metabolismo de los organismos y donde juega un papel importante las enzimas.

Por medio de la asimilación o anabolismo los microorganismos incorporan sustancias alimenticias y las convierten en compuestos que forman los elementos celulares. Durante la asimilación se consume energía y se forman compuestos.

La desasimilación o catabolismo es un proceso contrario a la asimilación, puesto que en él se degradan compuestos y se genera energía, la cual se utiliza para todas las actividades vitales del organismo, incluyendo la asimilación.

En la asimilación se consumen principalmente sustancias proteicas, hidratos de carbono y grasa. En la desasimilación se consumen compuestos carbonados como hidratos de carbono, ácidos orgánicos, aminoácidos, alcoholes y otros. Los procesos de desasimilación en los microorganismos son la respiración y la fermentación. Para los procesos de asimilación y desasimilación tiene gran importancia un grupo de sustancias polimoleculares que se encuentran en las células vivas y que catalizan todas las acciones metabólicas: las ENZIMAS.

Las enzimas microbianas, tipos e importancia agrícola.

No difieren las enzimas microbianas en cuanto a ninguna característica de las enzimas de otros organismos, lo cual hace factible trabajar con ellas y dilucidar cómo funcionan dichas enzimas en los organismos superiores.

Las enzimas son agentes catalíticos producidos por las células vivas y que contienen proteínas; por lo cual se desnaturalizan con el calor, se precipitan con el alcohol y con elevadas concentraciones de hidrogeniones y no se dializan a través de membranas semipermeables. Muchas enzimas están compuestas por una proteína combinada con otra sustancia no proteica.

A la enzima completa se le denomina holoenzima, a la parte proteica apoenzima y a la no proteica coenzima.

Las enzimas, un tipo de proteínas implicadas en el metabolismo celular

La parte integrante de la coenzima puede ser una molécula orgánica de bajo peso molecular que se le puede llamar grupo prostético. En algunos casos la fracción no proteica de la enzima es un metal, que puede estar estrechamente unido a la proteína o en combinación lábil, fácilmente disociable.

Como ya apuntamos, las propiedades de las enzimas microbianas son las mismas que las de los animales y las plantas superiores. La propiedad más característica de las enzimas es su especificidad, puesto que una enzima sólo cataliza una reacción específica y raras veces un grupo de reacciones con sustratos químicos afines. Esto indica que las células tienen que poseer una enzima diferente para cada proceso metabólico que realizan. Además, en la mayoría de los casos una enzima sólo cataliza, lo que puede considerarse nada más un paso en la transformación del sustrato.

Así por ejemplo:

Tipos de enzimas:

I.- Por el lugar de acción:

• 1) Exoenzimas

• 2) Endoenzimas

Exoenzimas o enzimas digestivas: Son excretadas por los microorganismos y degradan sustancias macromoleculares que no pueden entrar en la célula microbiana. Son hidrolíticas.

Ejemplos: caseinasa, amilasa, gelatinasa, hidrolasas.

Endoenzimas: Están ligadas a las células y son las que llevan a cabo los procesos metabólicos de asimilación y desasimilación. Son oxidantes y reductoras.

Ejemplos: Catalasa y nitroreductasa (desmolasas), peroxidasa.

II.- Por la naturaleza del sustrato:

• 1. Enzimas de constitución

• 2. Enzimas de adaptación o inducción

Enzimas de constitución: Son aquellas que siempre están presentes en un microorganismo, independientemente de la composición del sustrato donde aquel se desarrolle.

Ejemplos: Lipasas, carbohidrasas, oxidasas.

Enzimas de adaptación o inducción: Son sintetizadas por los microorganismos solamente en respuesta de compuestos específicos denominados inductivos, los cuales tienen que estar presentes en el sustrato.

Ejemplos: Penicilinasa, fosfatasa alcalina, ß galactosidasa.

III.- Según sus acciones:

• 1. Hidrolasas (hidrolizantes)

• 2. Desmolasas (desmolizantes)

Hidrolasas: Originan la incorporación de agua y el desdoblamiento de la molécula de sustrato (hidrólisis).

Desdoblan las sustancias de estructura complicada en combinaciones más simples, como el almidón en azúcar o las proteínas en aminoácidos; facilitando la incorporación y asimilación por la célula.

Ejemplos: Carbohidrasas (invertasa, maltasa, amilasas, lactasa, celulasas), proteasas (proteinasas y peptidasas), esterasas (lipasas, fosfatasas y enzimas pectinolíticas)

Desmolasas: Del griego (desmo, lazo) son enzimas que rompen o forman una cadena de carbono. Las más importantes catalizan la degradación definitiva y total de las sustancias introducidas en la célula.

Se pueden dividir en dos grupos:

a) Oxidasas: Pueden denominarse enzimas respiratorias y como tales están muy difundidas en la naturaleza.

Ejemplos: Glucosaoxidasa, fenolasas, polifenolasas, citocromooxidasa, peroxidasa, catalasa.

b) Deshidrogenasas: Que pueden ser:

• Anaerobias estrictas ó anoxitropas.

• Anaerobias facultativas u oxitropas.

Ejemplos: Reductasas, mutasas, carboxilasas, cinasas.

En virtud de la clasificación de las enzimas puede decirse, que los diferentes tipos de enzimas microbianas tienen gran importancia en la industria alimenticia, plásticos, en la medicina y actualmente en las investigaciones de Biotecnología e Ingeniería Genética.

Las enzimas presentes en el suelo como consecuencia de la actividad microbiana, juegan un papel relevante en la catálisis de los procesos de nutrición de los propios microorganismos y las plantas cultivadas.

Procesos de nutrición:

Con el objetivo de ser utilizados en el metabolismo, los nutrientes tienen que penetrar o atravesar la pared celular y la membrana citoplasmática.

El transporte de nutrientes del exterior al interior de la célula se lleva a cabo mediante un transporte activo, en el cual la célula invierte energía, entrando solo por transporte pasivo el agua.

No es posible que un elemento entre en la célula independiente de su peso molecular, las grandes moléculas no pueden vencer la barrera mecánica impuesta por la pared celular, por lo cual se impone un fraccionamiento. Esto se lleva a cabo mediante la excreción de exoenzimas por parte de la célula, para sustancias tales como proteínas, celulosa, grasas.

El transporte activo consiste en la acumulación de nutrientes específicos aun contra el gradiente de concentración, de manera tal que su concentración dentro de la célula puede llegar a ser cientos de veces mayor que la concentración externa en el medio.

Los agentes responsables del transporte activo son llamados permeasas, que son de origen proteico y similar a las enzimas, las cuales se localizan entre las dos superficies interna y externa de la membrana citoplasmática. Estas permeasas actúan como una bomba impelente, permitiendo el paso de los nutrientes hasta el interior de la célula, donde actúan las endoenzimas que catalizan las reacciones de oxidación-reducción que brindan la energía necesaria para el metabolismo.

Exigencias nutricionales. Fuentes.

Las sustancias presentes en el medio y que son utilizadas por los microorganismos para la asimilación (anabolismo) y la desasimilación (catabolismo), se denominan nutrientes. Algunos son útiles para el crecimiento microbiano y otros son indispensables.

Unos nutrientes sólo sirven para la formación de elementos celulares del microorganismo y otros, para los procesos energéticos; sin embargo, existen muchos que son utilizados para ambos propósitos.

Los microorganismos utilizan una amplia gama de nutrientes para su metabolismo. Los nutrientes pueden constituir limitantes en la actividad fisiológica, si algunos de los esenciales no se encuentran en condiciones óptimas.

Como fuentes nutricionales se tienen:

**Fuentes de carbono: CO2, compuestos orgánicos (azúcares, ácidos orgánicos, grasas, alcoholes), peptona.

**Fuentes de nitrógeno: Proteínas, aminoácidos, amidas.

**Minerales: S, P, Fe, K, Mg, Mn, Ca, Co, Cu, Zn, Mo.

**Vitaminas: B6, B12, B2, B1

**Factores de crecimiento: Aminoácidos, purinas, pirimidinas, porfirinas.

Tipos de nutrición

La nutrición microbiana debe cubrir dos necesidades básicas de la célula: el suministro de carbono para el mantenimiento de su composición y el suministro de energía para la actividad metabólica.

Originalmente, los biólogos reconocían sólo dos clases nutricionales entre los microorganismos:

**Autótrofos: Ejemplificados por las plantas que pueden emplear nutrientes completamente inorgánicos.

**Heterótrofos: Ejemplificados por los animales que requieren nutrientes orgánicos.

Con respecto a la fuente de energía:

**Fotótrofos: Usan la luz como fuente de energía.

**Quimiótrofos: Dependen de una fuente química de energía.

Respecto a la utilización del carbono:

**Autótrofos: Emplean el CO2 como fuente de carbono.

**Heterótrofos: Utilizan fuentes orgánicas de carbono.

Categorías nutricionales principales

Combinando los subtipos anteriores, se tienen entonces:

**Fotoautótrofos

**Fotoheterótrofos

**Quimiautotótrofos

**Quimioheterótrofos

Fotoautótrofos: Utilizan energía solar y CO2 como fuente de carbono. La mayoría de los organismos fotosintéticos como plantas, algas y bacterias fotosintéticas (muchas).

Fotoheterótrofos: Utilizan energía solar y compuestos orgánicos carbonados. Ejemplo: Bacterias fotosintetizadotas purpúreas y verdes.

Quimioautótrofos: Utilizan energía química y CO2 como fuente de carbono.

La energía la obtienen por la oxidación de compuestos inorgánicos reducidos como NH3+, NO2-, H+ y de formas reducidas del azufre como H2S, S2O3 y S.

Ejemplos: Microorganismos procarióticos, que producto de su capacidad distintiva de crecer en medios estrictamente minerales son denominados quimiolitótrofos.

Quimioheterótrofos: Utilizan energía química y compuestos orgánicos carbonados.

En este caso, tanto el carbono como la energía, son derivados metabólicamente de un compuesto orgánico.

Ejemplos: Los protozoos, hongos y la mayoría de las bacterias.

Debido a la gran diversidad nutricional y el poder metabólico hallado entre los microorganismos, hacen esta clasificación un poco arbitraria.

Medios de cultivo. Tipos y componentes.

Los medios de cultivo son sustancias orgánicas e inorgánicas que poseen los elementos nutricionales indispensables para el crecimiento y desarrollo de los microorganismos.

Estos deben tener un pH adecuado, potencial de oxidación–reducción también adecuado a las características respiratorias de cada tipo microbiano.

Entre los componentes principales se tienen: agua, peptona, extracto de carne, extracto de levadura, gelatina, agar, sustancias inorgánicas, carbono, nitrógeno, sustancias tamponadoras.

Tipos de medio de cultivo.

I.- Por su consistencia:

• 1. Líquidos (sin agar)

• 2. Semisólidos (con poco agar)

• 3. Sólidos (con suficiente agar)

II.- Por su composición

• 1. Sintéticos

• 2. No sintéticos

• 3. Selectivos

• 4. Diferenciales

Sintéticos: Se componen de productos de estructura química conocida.

Se conoce la constitución química de todos los componentes, lo cual permite reproducir un lote de cualquier medio con gran exactitud. Posibilitan averiguar el efecto que un organismo ejerce en ciertas sustancias, y también estos medios son indispensables para determinar las necesidades nutritivas y el aspecto o color de las colonias de los microorganismos.

No sintéticos: Están compuestos por sustancias de composición química desconocida, como extracto de carne de vaca, extracto de levadura, diversas peptonas, infusiones de carnes y vegetales.

Se utilizan para el crecimiento de microorganismos que no lo hacen en un medio determinado.

Selectivos: Se preparan para que permitan sólo el desarrollo de un tipo o grupo determinado de microorganismos.

La selectividad se puede lograr al añadir a los medios germicidas selectivos como antibióticos y algunos colorantes. Los fungicidas se emplean también para dar selectividad a los medios y permitir sólo el desarrollo de algunos hongos. Estos últimos medios son de amplio uso para aislar microorganismos del suelo y agentes patógenos de las plantas.

El medio selectivo para los microorganismos que fijan el nitrógeno de la atmósfera carece de este elemento. El medio Agar Ashby es un medio selectivo de Azotobacter.

Diferenciales: Se emplean para la identificación de microorganismos. Por lo general contienen alguna sustancia que reacciona con algún metabolito del microorganismo y da una reacción diferencial. El Agar de Endo es un medio diferencial para distinguir las bacterias coliformes del agua.

Preguntas de Comprobación (Fisiología y nutrición microbiana).

1.- Papel de las enzimas microbianas y las permeasas en el metabolismo.

2.- Clasificación de los medios de cultivo de acuerdo a su composición y cuál de ellos emplearía para permitir el desarrollo de un tipo o grupo determinado de microorganismos.

Tema I: Microbiología General

Conferencia No. 4

Fermentación microbiana

Contenido:

Fermentación microbiana. Concepto. Tipos de cambios específicos. Valor energético de los sustratos utilizados. Agentes sacaraficantes. La fermentación alcohólica. Microorganismos utilizados. Condiciones requeridas para la fermentación alcohólica. Fermentación láctica. Clasificación de las bacterias del ácido láctico. Microorganismos utilizados. Condiciones requeridas para la fermentación láctica. Fermentación del ensilaje. Métodos para lograr una buena fermentación del ensilaje.

Objetivos: Que los estudiantes se apropien de los conocimientos relativos al papel de los microorganismos en los procesos fermentativos; así como los tipos de fermentaciones, su importancia y aplicaciones prácticas.

DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS

Introducción

Respiración y fermentación

Todos los procesos de oxidación, biológicos o no, y en presencia o no de oxígeno, son fundamentalmente transferencias de electrones del alimento, sustancia o sustrato oxidado.

Estas reacciones, si suceden en presencia de oxígeno, se denominan respiración; aunque cuando se trata de organismos unicelulares es preferible el término oxidación biológica. La bioxidación u oxidación biológica, puede ser completa o incompleta.

Si el sustrato es un compuesto orgánico como la glucosa, el resultado final es CO2 y H2O. Ejemplo: en bacterias aerobias y en algunas facultativas.

Si el sustrato es inorgánico, ésta puede ser completa, aunque difieran los productos finales.

La bioxidación puede ser incompleta dependiendo de la dotación enzimática de las células y de la disponibilidad de un aceptor diferente de hidrógeno y se forman ácidos, alcoholes y otras moléculas orgánicas.

La respiración puede ser aerobia o anaerobia.

Respiración aerobia: Conjunto de reacciones de redox, cuyo aceptor final de hidrógeno es el oxígeno.

Este tipo de respiración se presenta en bacterias, hongos y actinomicetos.

Respiración anaerobia: Conjunto de reacciones biológicas de redox, cuyos aceptores finales de hidrógeno son compuestos inorgánicos como NO3, SO4 y CO3.

La oxidación biológica también puede ocurrir en ausencia total de oxígeno, como es la fermentación.

Fermentación:

Son aquellas bioxidaciones que ocurren en ausencia de oxígeno disponible y en las que tanto el donador como aceptor de hidrógeno, son sustancias orgánicas.

Entre los microorganismos que sintetizan productos útiles para el hombre mediante fermentación pueden mencionarse: bacterias, actinomicetos, hongos y levaduras.

RESUMEN: Sobre Respiración (aerobia y anaerobia) y Fermentación.

Fermentación microbiana. Concepto

Como ya se precisó, las fermentaciones microbianas son aquellas bioxidaciones que ocurren en ausencia de O2 y en las que tanto el donador como el aceptor de H2 son sustancias orgánicas.

Dicho de otra manera, en ausencia de un aceptor externo de electrones, muchos organismos pueden oxidar algunos compuestos orgánicos con liberación de energía, proceso denominado fermentación.

Bajo las anteriores condiciones, se produce la oxidación parcial del compuesto orgánico, y únicamente es liberada una pequeña parte de la energía, permaneciendo el resto en los productos resultantes. Esas oxidaciones parciales implican la utilización de la misma sustancia como dador y aceptor de electrones a la vez. Algunos átomos del compuesto inicial son oxidados y otros reducidos.

A modo de ejemplo, las levaduras oxidan la glucosa en ausencia de O2 de este modo:

Nótese, que algunos de los átomos de carbono acaban en el CO2, una forma mas oxidada que la glucosa, mientras que otros átomos de carbono acaban en el alcohol, que está mas reducido (esto es, tiene más hidrógeno y electrones por átomo de carbono) que la glucosa. La energía generada en esta fermentación (57 Kcal.) no es liberada toda en forma de calor; parte de ella se conserva en forma de enlaces fosfato ricos en energía en el ATP, con una producción neta de dos enlaces.

Para la levadura, el producto vital durante la fermentación de la glucosa es el ATP, que es utilizado en una amplia variedad de reacciones que requieren energía, pero el CO2 y el etanol son meros productos de desecho. Sin embargo, para el destilador y el cervecero interesa la producción de etanol, que es el producto fundamental de las bebidas alcohólicas; y para el panadero el producto deseado es precisamente el CO2 que resulta esencial para que suba la masa del pan.

Además de la glucosa, otros muchos compuestos pueden ser fermentados por los microorganismos, así se tienen la mayoría de los azúcares, muchos aminoácidos, ciertos ácidos orgánicos, purinas, pirimidinas, etc.

Los compuestos no fermentables incluyen hidrocarburos, ácidos grasos y otros compuestos muy reducidos.

Tipos de cambios específicos:

Las fermentaciones suelen clasificarse atendiendo a los productos de origen y a los productos finales mayoritarios. Estas dos clasificaciones suelen complementarse.

Un mismo sustrato puede dar lugar a distintos productos finales de fermentación según sea la cepa microbiana y los factores que intervengan.

Ejemplo:

En algunas fermentaciones se produce un solo producto final orgánico; estos son los procesos homofermentativos. En otros casos se forman diversas sustancias y su proporción puede variar según las condiciones ambientales; estos son los procesos heterofermentativos.

Los diversos tipos de fermentación producen muchas clases de ácidos orgánicos y otros compuestos.

Tipos de fermentaciones de varios microorganismos:

Valor energético de los sustratos utilizados.

Las sustancias en las que actúan los microorganismos tienen un doble papel: primero como alimentos, y segundo como materiales que se transformarán por la acción de las enzimas producidas en exceso respecto a los requisitos nutricios. En general, el valor energético de una sustancia depende del grado de oxidabilidad de la misma.

Si se toma, por ejemplo la glucosa, se sabe que en su combustión se desprende una cantidad considerable de energía, y lo mismo sucede en la escisión por organismos aerobios; pero en la escisión anaerobia sólo puede liberarse una pequeña parte de esta energía potencial.

Como consecuencia, para obtener una cantidad equivalente de energía hay que degradar glucosa en una cuantía varias veces superior en condiciones anaerobias de la que se precisa en condiciones aerobias.

Agentes sacarificantes.

Todos aquellos sustratos que aportan sacarosa son agentes sacarificantes.

Los almidones, hemicelulosas y celulosas se deben hidrolizar y convertir en azúcares fermentescibles mediante agentes químicos o enzimáticos antes de poderlos usar en ciertas aplicaciones industriales como la producción de etanol.

Entre los sustratos a sacarificar están: cereales, papa, remolacha, melazas, cebada, hortalizas, residuos agrícolas (tusas de maíz, cáscara de semillas de algodón y de arroz), residuos del lino y avena, bagazo de caña de azúcar y madera, entre otros.

Entre los microorganismos utilizados están hongos de los géneros: Aspergillus, Mucor, Penicilluim, levaduras como Saccharomyces y bacterias.

La fermentación alcohólica. Microorganismos utilizados.

La fermentación alcohólica es llevada a cabo principalmente por las levaduras, algunos mohos y escasas bacterias.

Por lo general se usa con este fin la levadura Saccharomyces cerevisae, que es la levadura corriente del pan o la cerveza, quien convierte un 90% del azúcar en cantidades equimoleculares de alcohol y CO2. El esquema general es como sigue:

Se producen además, pequeñas cantidades de glicerina, ácido succinico y otras sustancias.

También participan varias especies de Mucor que pueden fermentar almidón directamente a alcohol.

N esta fermentación a partir de la glucosa y con la participación de diferentes enzimas, se origina el ácido pirúvico, el cual es descarboxilado hasta CO2 y acetaldehído y este último reducido por la acción de la deshidrogenada hasta alcohol etílico:

Condiciones requeridas para la fermentación alcohólica.

• Concentración de azúcares: 10 – 18 %

• pH entre 4 y 4,5

• Microorganismo: Saccharomyces cerevisiae

• Ausencia de O2 y presencia de fosfatos.

• Temperatura de fermentación: 15 – 25ºC, por encima de 30ºC se evapora el alcohol.

La fermentación alcohólica puede desarrollarse con aire o sin él. En el primer caso es más lenta.

Durante los primeros momentos se requiere de O2 para que se produzca un gran número de células de levadura; pero el desprendimiento de CO2 establece pronto condiciones anaerobias.

Aunque el sustrato ideal es la glucosa, pueden emplearse:

• Materias sacaroideas como azúcar de caña, remolacha, melazas y jugos de frutas.

• Materias que contienen almidón: cereales (maíz, cebada, avena, trigo, arroz, sorgo, etc), así como papa, boniato, girasol, yuca, etc.

• Materiales celulósicos como madera y residuos de fabricación de pulpa de papel.

La principal materia prima es la melaza.

Fermentación láctica:

Es un complicado proceso bioquímico, en el cual los carbohidratos bajo la acción de las enzimas de las bacterias acidolácticas, se descomponen fundamentalmente en ácido láctico.

El acido láctico se descubrió primero como uno de los productos formados al agriarse la leche. Se obtiene de la lactosa o azúcar de leche, que es su precursor.

La fermentación láctica posee una gran aplicación práctica y es el principio de la fabricación de diversos tipos de alimentos a partir de las plantas. Se observa no obstante, con mayor frecuencia en la leche.

Clasificación de las bacteria del ácido láctico.

Las bacterias lácticas se clasifican en la familia lactobacteriaceae y comprende los géneros: Lactobacillus, Leuconostoc y Streptococus.

Las bacterias del ácido láctico, en dependencia de los productos finales por su acción sobre la glucosa, se clasifican en: homofermentativas y heterofermentativas.

Homofermentativas: Tienen la capacidad de convertir un 95% de glucosa y otras hexosas fermentables en ácido láctico:

Participan especies de los géneros Lactobacilus y Streptococcus.

Heterofermentativas:

Participan principalmente especies del género Leuconostoc y algunos Lactobacillus.

En general, la fermentación láctica es de especial interés en la fermentación del ensilaje para la alimentación animal.

Cabe señalar, que la acidez del medio o sustrato durante la fermentación láctica, provoca:

• Coagulación de las proteínas (caseína) de la leche, pues se alcanzan valores de pH entre 4,6 a 4,7.

• Inhibición bacteriana (prefieren pH de 6 a 7) por la producción de ácido láctico.

Entre los carbohidratos fermentables están: glucosa, sacarosa, lactosa, almidón hidrolizado, melazas y suero láctico.

Condiciones requeridas para la fermentación láctica.

• Concentración de azúcares: 5 y 20%

• pH cercano a 7

• Microorganismos: Bacterias acidolácticas

• Ausencia de O2, pero algunas especies son microaerófilas, anaerobias y aerobias facultativas como Streptococcus lactis.

• Temperatura de fermentación: 30 a 50º C, en dependencia de la especie.

Fermentación del ensilaje.

El ensilaje proporciona un método bastante sencillo para conservar pastos o forrajes con destino a la alimentación animal.

La conservación del ensilaje se debe precisamente a la microflora epifítica o epifila de las plantas, la que permite mantener grandes volúmenes de masa verde fresca o semidisecada en época de sequía o invierno, cuando disminuye la producción de pastos y forrajes.

Se plantea, que el ensilaje es más digestible que el heno y otros materiales secos.

La conservación del ensilaje puede realizarse por fermentación microbiana o por acidificación, resultando la primera la más aconsejable y económica.

Las fermentaciones dependen del tipo de microorganismos que las producen, ya que la mayoría de los ácidos orgánicos que se encuentran en los ensilajes, provienen del metabolismo de estos microorganismos.

Métodos para lograr una buena fermentación del ensilaje.

Existen varios métodos que permiten lograr una buena fermentación en el ensilado y se basan en los aditivos utilizados.

El método de bajar el pH del silo utilizando aditivos ácidos (CIH ó SO4H2) debe emplearse adecuadamente, pues por un lado trabajar con tales ácidos es peligroso y además, la cantidad de ácido a utilizar debe ajustarse cuidadosamente al contenido acuoso, al contenido proteico y a la acidez original de la cosecha.

El exceso de ácido puede provocar diarreas a los animales y disminuir la producción de ácido láctico.

Otros aditivos que se utilizan son: miel, urea, CINa y los ácidos fosfórico, fórmico, etc.

Un buen ensilaje deberá poseer, entre otras, las siguientes características:

• Un pH de 4,5 o menor.

• Escaso contenido en bases volátiles (0,5% o menos, expresado en amoníaco).

• Proporción de 3 – 5% de ácido láctico o más.

• Proporción de 2% de ácido butírico o menos.

• Olor agradable a frutas y ácido láctico.

• Color verde claro a oscuro (aceitunado).

• Valor nutritivo adecuado (75 – 80% de materia seca y 8 – 10% de proteína bruta)

Preguntas de Comprobación (Fermentaciones microbianas)

1.- Cuales son las principales condiciones requeridas para:

a) La fermentación alcohólica.

b) La fermentación láctica.

2.- Importancia de la fermentación del ensilaje en la alimentación animal.

Tema II: Microbiología Aplicada

Conferencia No. 1

Microorganismos del agua

Contenido:

• Los microorganismos del agua. Importancia y orígenes. Factores ecológicos que tienden al aumento o disminución de la microflora en el agua. Contaminación fecal de las aguas e importancia sanitaria del grupo coniforme. Métodos de purificación de las aguas para el consumo. Depuración de aguas residuales. Utilización de las aguas residuales en la Agricultura.

• La microflora del aire. Composición y distribución. Los microorganismos anemófilos. Saneamiento del aire. Métodos para determinar la contaminación del aire.

Objetivos: Que los estudiantes adquieran conocimientos relativos al origen, composición, permanencia y control de los microorganismos del agua y el aire; así como la importancia sanitaria y agropecuaria de los mismos.

DESARROLLO DE LOS CONTENIDOS

Introducción

El agua es un recurso finito (Hadeed y Russell, 2000). La cantidad de agua dulce superficial en la tierra apenas alcanza el 0.3 % del total y su demanda como consecuencia del incremento de la población mundial continúa en ascenso (Faña, 2000).

Miles de millones de personas sufren escasez de agua en el mundo. De los millones que habitan el planeta, más de 3 mil millones no disponen de agua con tratamiento adecuado y más de mil millones no tienen acceso a un agua potable segura (Hadeed y Russell, 2000).

En la Tierra, el agua se presenta en tres fases: líquida, sólida y vapor; y está distribuida en cinco reservas interconectadas cuyo conjunto constituye la hidrosfera. El mar es la más importante de las reservas, seguida de los depósitos de hielo o de nieve, las aguas terrestres, la atmósfera y por último la biosfera.

Los microorganismos del agua.

Todas las aguas que se encuentran en la naturaleza contienen mayor o menor número de microorganismos. Reciben su flora microbiana del aire, del suelo, de los desechos de industrias y hogares, residuos de plantas y animales muertos; lo que significa que el agua contiene microorganismos de casi todas las clases.

Importancia de los microorganismos del agua.

En la naturaleza el agua es rara vez estéril. El vapor de agua de las nubes que se hallan a grandes alturas es probablemente estéril, pero cuando se condensa para formar lluvia, granizo o nieve se contamina con los microorganismos del aire. Después de llegar al suelo, se contamina nuevamente con los microorganismos de él.

Las aguas superficiales de los ríos y océanos contienen por tanto microorganismos del aire, del suelo y de residuos de los hogares, ciudades e industrias.

Algunos microorganismos encuentran en el agua condiciones adecuadas para su vida y desarrollo, lo que explica su presencia en casi todas las muestras de agua.

Las aguas naturales se suelen agrupar en cuatro clases bien determinadas:

• Aguas meteóricas: lluvia, granizo, nieve.

• Aguas superficiales: arroyos, ríos, océanos.

• Aguas embalsadas: charcos, lagos, embalses naturales, presas.

• Aguas subterráneas: aguas freáticas, pozos superficiales y profundos.

Aguas meteóricas: Se contaminan, sobre todo, con los microorganismos y partículas suspendidas en el aire.

Después de una abundante lluvia o nevada, tales aguas pueden estar libres de microorganismos.

La lluvia de ciudades y barrios densamente poblados, está más contaminada que la de los bosques y campos de cultivo.

Aguas superficiales: Contienen microorganismos del aire y los del suelo cuando corren por la superficie terrestre. Su contaminación depende de la riqueza microbiana del suelo, así como las zonas por donde atraviesen, polución del lugar, temperatura, cantidad de lluvia caída, velocidad de escurrimiento, etc.

Aguas embalsadas: Se contaminan con microorganismos del aire y el suelo al descargar en ellas las aguas meteóricas y superficiales.

En los embalses las aguas sufren un proceso de autodepuración por efecto de la sedimentación y otros factores.

El hombre puede contribuir a su contaminación arrojando sustancias en ellas. El agua de los grandes lagos es generalmente mucho menos contaminada que la de los ríos. Su contenido bacteriano es mayor cerca de las orillas que alejado de éstas.

Aguas subterráneas: Pueden contaminarse por infiltración con las aguas cloacales o concebirse los pozos cerca de zonas estercoleras y de explotación pecuaria.

Esta agua suelen ser relativamente exenta de microorganismos en general y de bacterias en particular, por la acción filtrante de los estratos terrestres que atraviesan. Esta filtración no sólo elimina las bacterias, sino también las partículas orgánicas nutritivas en suspensión.

El agua de los pozos profundos contiene menos bacterias por mL que la de los pozos superficiales, por ser mayor el espesor de las capas de suelo filtrante.

Orígenes de los microorganismos del agua:

Desde el punto de vista práctico que se persigue en Microbiología agrícola, las bacterias de las aguas de acuerdo a su origen se dividen en:

• Bacterias naturales o propias del agua.

• Bacterias arrastradas del suelo.

• Bacterias de la flora intestinal.

Es obvio que no existe una línea divisoria entre cada uno de estos grupos, ya que muchos microorganismos de las aguas se hallan en el suelo o viceversa, lo mismo que muchas bacterias de la flora intestinal se encuentran en abundancia en terrenos abonados con estiércol y otras sustancias orgánicas.

Bacterias naturales o propias del agua: En el agua se pueden encontrar microorganismos de casi todas las clases, pero la mayoría de las bacterias encuentran condiciones desfavorables y mueren pronto. Las especies que se encuentran constantemente en el agua constituyen su flora natural.

En general tales bacterias se caracterizan por:

• Ser aerobias y escasamente anaerobias.

• No son patógenas.

• Saprófitas

• Cromógenas

• Psicrófilas

Entre las especies predominantes:

• Pseudomonas fluorescens.

• Serratia plymuthioa

• Chromobacterium violaceum

• Micrococcus luteus

Bacterias arrastradas del suelo: Pocos medios de la tierra están habitados por gran variedad de microorganismos como el suelo fértil, los cuales alcanzan poblaciones de varios miles y millones de organismos por gramo de suelo y llegan al agua por diversas vías.

Las bacterias procedentes del suelo están en mayor número en las aguas de arroyos, ríos, lagos y depósitos naturales durante el periodo de lluvias y en aquellos lugares donde existen extensos sistemas de regadíos, encontrándose en las aguas sólo en ciertas épocas del año, en determinados momentos y durante un corto tiempo.

Se caracterizan por:

• Presentar colonias rizoides.

• Formar endosporas

• Licuar la gelatina

Especies predominantes:

• Bacillus subtilis

• Bacterias fluorescentes

• Género Proteus

Bacterias de la flora intestinal: Los microorganismos que se encuentran en las heces fecales y en la orina de personas y animales enfermos, cuando se eliminan pueden llegar a contaminar las aguas de consumo; por lo que su presencia en las aguas significa que éstas contienen uno o varios gérmenes patógenos peligrosos a la salud humana y animal.

Las bacterias intestinales que se encuentran en las aguas, proceden de contaminación con aguas albañales o suelos abandonados con estiércol. Estos microorganismos sobreviven en las aguas durante un período de tiempo más corto que los procedentes del suelo y otras fuentes.

Se caracterizan por:

• Ser mesófilas

• Móviles

• Licuar la gelatina

• Producir gas en caldos con dextrosa o sacarosa

• Reducir los nitratos

• Coagular la leche

• Producir un desagradable olor a heces fecales en caldos y medios de cultivo.

Especies predominantes:

• Escherichia coli (flora normal)

• Aerobacter aerógenes (flora normal)

• Vibrio comma (cólera)

• Salmonella enteriditis (gastroenteritis)

• Salmonella typhosa (fiebre tifoidea)

• Shiguella dysenteriae (disentería)

Factores que tienden al aumento o disminución de la microflora del agua.

• Temperatura

• Luz solar

• Materia orgánica

• Oxidación

• Dilución

• Sedimentación

• Otras causas

Temperatura: En términos generales se ha comprobado que los descensos de temperatura son perjudiciales a las bacterias patógenas que pueden encontrarse en las aguas naturales, pero no a las propias del agua que son psicrófilas y cuyo número es mayor en invierno que en verano. Para los patógenos que están en las aguas, también son desfavorables temperaturas superiores a los 37° C.

Luz solar: Aunque el efecto bactericida de la luz solar es bien conocido, su acción sobre las bacterias de las aguas no es tan eficiente como pudiera pensarse, ya que la velocidad de las corrientes, turbidez y profundidad del agua, junto con otros factores, contrarrestan esta acción.