Microbiología

2.- En relación con la microbiología:

a) Identifique los tipos de bacterias que se representan en el siguiente esquema (1 punto).

SOL. A. Cocos. B. Bacilos. C. Vibrios.  D. Espirilos.

b) Copie y complete en su hoja de examen el siguiente cuadro (1 punto).

SOL. Pared de peptidoglucano. Las bacterias Gram- poseen un 10% de peptidoglucano en la pared, mientras que en las Gram+ representa hasta el 90%.

Cilios. Son unos orgánulos exclusivos de las células eucariotas, salvo los que tienen pared celular. Ampliamente distribuidos en protozoos (se llaman ciliados).

Pili/fimbrias. Algunas bacterias los poseen.

Quitina. La pared celular de los hongos está compuesta de quitina. 

3.- En relación con la microbiología y la biotecnología:

a) Indique y explique qué son las siguientes siglas: VIH, PCR y OMG (0,75 puntos).

SOL. VIH. Virus de Inmunodeficiencia Humana. Es el agente productor del SIDA (Síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida). Es en realidad un retrovirus que ataca a los linfocitos CD4, de forma que anula la capacidad del sistema inmunitario para defender al organismo frente a los agentes patógenos.

PCR. Reacción en Cadena de la Polimerasa. Es la técnica que se utiliza para la clonación acelular o amplificación del ADN. Es un tipo de clonación de moléculas de ADN o ARN sin la intervención de una célula. Lo que se hace es amplificar un gen o fragmento de ADN para producir un gran número de copias. Las aplicaciones son, por ejemplo, la clonación de ADN, la búsqueda de mutaciones, el diagnóstico de enfermedades, estudios evolutivos, resolución de problemas forenses, etc.

OMG. Organismos Genéticamente Modificados. Son aquellos organismos cuyo ADN ha sido modificado de forma no natural (ni por reproducción, ni por mutación), mediante técnicas de ingeniería genética. Se crean introduciendo uno o más genes, pertenecientes a otros seres, o quitando uno o más genes, pertenecientes al organismo. Han sido desarrollados para facilitar la mejora animal y vegetal, ya que acortan los tiempos de espera en la depuración de la especie por selección de individuos. Muy utilizados por lo tanto en la industria alimentaria, agricultura y ganadería, medicina, etc.

*Estos organismos son conocidos vulgarmente con el sobrenombre de transgénicos. Sin embargo, organismo transgénico es una clase específica de organismo genéticamente modificado. Los organismos transgénicos están genéticamente modificados, pero con genes pertenecientes a otros organismos muy distintos a ellos (distinta especie). Por ejemplo, un organismo genéticamente modificado podría ser una rata con genes de otra rata. Un organismo transgénico sería una merluza modificada con genes de un salmón.

b) Defina los siguientes términos: Plásmido, viroide, fago y prión. Explique brevemente el significado e importancia del Proyecto Genoma Humano (1,25 puntos).

SOL. Plásmido.  Son moléculas de ADN extracromosómico circular o lineal que se replican y transcriben independientes del ADN cromosómico. Están presentes normalmente en bacterias, y en algunas ocasiones en organismos eucariotas como las levaduras.

Viroide. Tipo de forma aceluar, formado por moléculas de ARNmc circular que carecen de cualquier protección. Causan enfermedades en vegetales ya que aparecen en el núcleo de la célula hospedadora e interfieren en la regulación de los genes que allí se expresan, concretamente en los que codifican para determinadas hormonas.

Prión. Otro tipo de forma acelular, formado por una proteína (proteína del prión o PPr), que es una glucoproteína. Es también un agente patógeno particular, causante de enfermedades neurodegenerativas en mamíferos, como la enfermedad de las vacas locas. *Las proteínas alteradas que actúan provocan un cambio conformacional en proteínas normales, transformándolas en proteínas alteradas. Este cambio provoca la pérdida de la función en la proteína, pudiendo generar graves alteraciones en la célula.

Fago. Cuando hacemos la clasificación de los virus, podemos hacerlo según el tipo de célula que parasitan. Entonces podemos hablar de animales, vegetales o bacteriófagos. Estos últimos son conocidos generalmente como fagos.

Proyecto Genoma Humano. Es un programa federal de los EEUU que se propuso como objetivo localizar la posición exacta de cada uno de los genes humanos en los cromosomas y determinar después sus secuencias de nucleótidos.

Un estudio de este tipo tiene muchos alicientes. Puede permitir identificar qué padres pueden tener hijos con una determinada enfermedad genética, puede darnos conocimientos sobre el cáncer y sobre numerosas enfermedades, así como el estudio de la evolución humana, etc.

5.- En relación con los microorganismos

a) Observe el ciclo de la figura y nombre las fases enumeradas. (3)

SOL. Son las fases del ciclo lítico de un virus.

1.      El virus se une a receptores específicos de la pared de la bacteria.

2.      El virus inyecta su ácido nucleico a la célula huésped.

3.      La entrada del ácido nucleico del virus interrumpe el funcionamiento normal de la bacteria, que pone a disposición del virus su maquinaria celular.

4.      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).

5.      Los componentes víricos fabricados se ensamblan para dar lugar a nuevos virus (unos 100 por célula infectada).

6.      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.

b) Indique diferencias entre ciclo lítico y lisogénico en los virus. (2)

SOL. El ciclo de multiplicación que termina con la lisis celular recibe el nombre de ciclo lítico, y los virus que lo llevan a cabo son los virus virulentos. En este caso, el ADN del virus no se integra en el cromosoma de la célula huésped, si no que se replica de forma independiente.

Sin embargo, hay otros virus que se integran en el ADN de la célula huésped y que son capaces de permanecer en estado latente en la célula que parasitan, gracias a la integración del ADN vírico en el ADN celular. En este caso hablamos de ciclo lisogénico. Estos últimos se denominan virus atemperados, y la forma integrada, provirus (o profago en el caso de virus bacterianos).

c) Definir los siguientes términos: transducción, transformación, conjugación. (4)

SOL. Los tres primeros términos son formas de intercambio genético en las bacterias.

- Transducción. Es la transferencia de material genético de una bacteria a otra a través de un virus bacteriófago, que se comporta como vector intermediario en las dos bacterias.

- Transformación. Es el intercambio genético producido cuando una bacteria capta fragmentos de ADN de otra bacteria que se encuentran dispersos en el medio donde vive. La bacteria incorpora a su genoma ese fragmento que  ha encontrado.

- Conjugación. Es un mecanismo mediante el cual una bacteria donadora transmite, a través de los pili, un fragmento de su ADN a otra bacteria receptora.

Biorremediación. Es cualquier proceso que utilice microorganismos, hongos, plantas o las enzimas derivadas de ellos para retornar un medio ambiente alterado por contaminantes a su condición natural. 

d) Indique la función de nutrición de las bacterias quimiolitotrofas. (1)

SOL. También llamadas bacterias quimiosintéticas, obtienen la energía de la oxidación de sustratos inorgánicos que se comportan como donadores de electrones como el H₂, NH₃, NO^-₂, H₂S, S, S₂O₃^2-, Fe²⁺. 

5.- Respecto a los microorganismos:

a) ¿Qué diferencia a un virus de una bacteria?

SOL. La gran diferencia entre estos dos microorganismos es su estructura. Los virus son formas acelulares constituidas básicamente por un ácido nucleico rodeado por una estructura proteica, por lo que son parásitos intracelulares obligados. Por otro lado, las bacterias son células procariotas capaces de llevar a cabo sus procesos vitales de reproducción, generación de energía y crecimiento.

b) ¿Qué tipo de nutrición presentan las bacterias?

SOL. Las bacterias constituyen un conjunto de organismos capaces de obtener energía del medio en el que viven, pues muestran una impresionante variedad de procesos metabólicos. Pues bien, teniendo en cuenta la fuente de energía y la fuente de carbono que usan, se pueden establecer varias categorías.

c) ¿Qué son las cianobacterias?

SOL. Denominadas anteriormente algas verde-azuladas por el color de algunas de ellas, comprenden un grupo heterogéneo de microorganismos procariotas autótrofos fotosintéticos que tienen casi la misma forma y tamaño que las algas unicelulares y producen, al igual que ellas, oxígeno.

d) Enumere diferentes tipos morfológicos bacterianos.

SOL. La morfología bacteriana es muy variada. A las bacterias de forma esférica se les denomina cocos y pueden aparecer aislados o en grupos de dos (diplococos), formando cadenas arrosariadas (estreptococos), grupos arracimados (estafilococos) o masas tridimensionales en forma de cubo (sarcinas).

A las de forma cilíndrica y alargadas, como un bastón, se les denomina bacilos, y a veces se presentan en cadenas lineales o ramificadas. Algunos bacilos curvados que tienen formas espirales se denominan espirilos.

Otras bacterias presentan formas peculiares, lo cual permite su rápido reconocimiento: las bacterias con forma de sacacorcho son las espiroquetas, los vibrios son cortos y curvados, con forma de coma, las bacterias filamentosas tienen células largas y delgadas o cadenas de células y las bacterias con apéndices poseen protuberancias celulares con forma de tubo largo o tallo.

 5.- Respecto a la utilización de microorganismos en diferentes procesos indique:

a) ¿Qué microorganismos elegiría para producir las siguientes sustancias, indicando el grupo al que pertenecen? Cerveza, pan, penicilina y yogur (4)

SOL. Cerveza. La más importante y la primera levadura (hongo) utilizada en el proceso de elaboración de la cerveza es Saccharomyces cerevisiae.

Pan. Al igual que en la cerveza, la levadura Saccharomyces cerevisiae juega un papel muy importante ya que es la encargada de que fermente el pan.

Penicilina. El microorganismo productor es el hongo Penicillum chrysogenum.

Yogur. Su elaboración deriva de la simbiosis entre dos bacterias, el Streptococcus thermophilus y el Lactobacillus bulgaricus, que se caracterizan porque cada una estimula el desarrollo de la otra. 

b) ¿Qué tipo de metabolismo presentan estos microorganismos? (2)

SOL. Una fermentación, es decir, una oxidación en condiciones anaerobias aunque en ocasiones el oxígeno esté presente.

c) Indique la técnica que utilizaría para obtener los siguientes productos: Cerveza y queso (2)

SOL. Cerveza. Es una bebida alcohólica producida por la fermentación alcohólica de algunos cereales (en forma de malta) mezclados con agua. Los cereales empleados son por regla general: cebada, centeno, trigo, etc. Las levaduras que suelen emplearse en el proceso de fermentación son  Saccharomyces cerevisiae. Los productos de este proceso son etanol y CO_2.

Queso. Su fabricación se realiza mediante el proceso de fermentación láctica e implica la participación de diferentes microorganismos, entre ellas las bacterias del ácido láctico (Lactobacillus, Streptococcus, Lactococcus, etc.), que se encuentran de forma natural en la leche.

El sustrato de fermentación son los azúcares presentes en la leche: la glucosa y la galactosa procedentes de la hidrólisis de la lactosa. El producto final en este caso, es el ácido láctico.

d) ¿En qué consiste la pasteurización? (2)

SOL. Es un proceso al que son sometidos ciertos líquidos como la leche, para eliminar agentes patógenos que podrían enfermar a las personas al consumirlos. Gracias a su uso, las infecciones e intoxicaciones alimentarias cada vez son menores.

*Este procedimiento, cuyo nombre proviene justamente de su creador, Louis Pasteur, se basa en someter a los líquidos a altas temperaturas durante un periodo de tiempo determinado. Puede sonar simple, pero se trata de un cálculo complejo, ya que si no se hace de forma correcta no sólo quedan agentes infecciosos, sino los alimentos podrían perder parte de sus propiedades.

5. Algunos microorganismos viven en simbiosis con los vegetales.

a) ¿En qué consiste la simbiosis? (2)

SOL. Este término significa “vivir juntos”. Es una forma de interacción biológica que hace referencia a la relación estrecha y persistente entre organismos de distintas especies. A los organismos involucrados se les denomina simbiontes.

*Muchos son los microorganismos que viven en el interior de otros organismos (endosimbiosis) o sobre ellos (ectosimbiosis). Las relaciones que se establecen son de varios tipos, dependiendo del posible beneficio de los individuos implicados. Asi, en la simbiosis mutualista, ambos se benefician de la unión. Pero en la simbiosis parasítica uno se beneficia mientras que el otro, o bien no gana nada o bien es perjudicado.

b) ¿Qué tipos de microorganismos intervienen en el ciclo del nitrógeno? Explique cómo actúan. (5)

SOL. El nitrógeno atmosférico es fijado por bacterias como Rhizobium, Azotobacter y Beijerinckia en forma de amoniaco (NH3), que es liberado al suelo. Éste puede ser asimilado directamente y pasar a formar el grupo amino de los aminoácidos (en el caso de simbiosis) o, en condiciones aerobias, ser oxidado a nitrito (NO2-) por bacterias del género Nitrosomonas, y éste a su vez, ser oxidado a nitrato (NO3-) por el género Nitrobacter en el proceso de nitrificación. El nitrato puede ser absorbido por las plantas, incluyéndose así en la cadena trófica, y se transforma en el grupo amino de las proteínas (NH2).

Los restos orgánicos y desechos (NH2) son, por un lado, alimento para detritívoros. Éstos producirán en un primer lugar NH3 mediante el proceso de amonificación y a continuación se producirá en la mayoría de los casos nitratos (nitrificación), punto de partida de la cadena trófica.

Por otro lado, existen otras bacterias amonificantes que también transforman esos restos orgánicos liberando al suelo NH3, que también puede sufrir nitrificación.

Sin embargo, si nos encontramos en un ambiente anaerobio, el nitrato no puede ser asimilado por las plantas. En este caso puede reducirse a nitrito. Este se transforma en nitrógeno gaseoso (N2) por la acción de bacterias tales como Pseudomonas, Bacillus y otros anaerobios facultativos. Este proceso es conocido como desnitrificación, punto donde nos encontramos de nuevo con el nitrógeno atmosférico.

c) Explique la importancia para la agricultura de la simbiosis microorganismos-plantas en el ciclo del nitrógeno y ponga un ejemplo. (3)

SOL. Un tipo de simbiosis de gran importancia para la agricultura son las asociaciones entre bacterias del género Rhizobium y las raíces de las leguminosas. Estas asociaciones se manifiestan en forma de nódulos radicales en los que se produce la fijación del nitrógeno atmosférico.

Existe especificidad entre la especie de la leguminosa y la cepa de Rhizobium. En estos nódulos aparece una sustancia fijadora de oxígeno de la que carecen por separado y que parece estar implicada en la regulación de la fijación del nitrógeno.

En conclusión, esta asociación es de vital importancia en la agricultura ya que permite la incorporación del nitrógeno a los suelos de labor.