Presentació del tema 17 de l'assignatura de biologia de 2n de batxillerat. Presentació preparada amb el llibre de 2n de Batxillerat Santillana i altres materials.

1. UNITAT 17
Microorganismes:
malalties i biotecnologia
1

2. Què estudiarem?
1. Els microorganismes patògens
2. Les malalties infeccioses
3. Estudi i control dels microorganismes
4. La biotecnologia microbiana
5. Els microorganismes i els cicles
biogeoquímics
2

3. 1. Els microorganismes patògens
• Molts microorganismes parasiten altres
organismes provocant-los un prejudici.
• Les malalties infeccioses tenen el seu origen en
aquesta relació interespecífica.
• Es la cara negativa dels microorganismes.
• El cos humà està format per unes 1014
cèl·lules, de les que, aproximadament, el 10%
son humanes, la resta són microorganismes
associats.
• En la seva gran majoria aquests
microorganismes no són patògens.
• La flora normal pot arribar a ser localment molt
abundant. Exemple: l’intestí gruixat té al voltant
de 1011microorganismes/gram.
3

4. • Microorganisme patogen:
– Aquell que causa una malaltia.
– Exemple: Mycobacterium tuberculosis (bacil de
Koch), causant de la tuberculosis.
• Flora microbiana (microbiota normal):
– Viu en el nostre organisme sense perjudicar-nos.
– Exemple: Enterobacteris intestinals o estafilococs de
la pell.
• Patògens oportunistes:
– Habitualment no provoquen cap malaltia, però en
situacions de debilitament immunitari si ho fan.
– Exemple: Candida albicans, llevat.
4

5. 5

6. 1.1. Malalties infeccioses
• Alguns conceptes sobre malalties
infeccioses:
– Epidèmia: Molts casos d'individus malalts de
la mateixa malaltia en una comunitat
determinada o una àrea geogràfica petita.
– Pandèmia: Malaltia infecciosa distribuïda per
una zona extremadament àmplia de la Terra.
– Malaltia endèmica: Afecta de manera
constant a una comunitat determinada però
amb una incidència no gaire alta en la
població.
6

7. – Zoonosis: Es produeix primàriament en
animals com el bestiar boví, els porcs, els
gossos, els ratpenats i els conills. Pot
transmetre secundàriament a l'espècie
humana.
– Reservoris: Llocs on els microorganismes
patògens poden sobreviure fora dels hostes i
des d'on poden iniciar la infecció. En alguns
casos, el reservori i la font d’infecció són el
mateix organisme.
7

8. – Vectors: Éssers vius que són imprescindibles
per a la transmissió del microorganisme
patogen fins a l'hoste definitiu. Exemple: Mosca
tse-tse es vector del Trypanosoma que causa la
malaltia de la son.
– Individus portadors: Persones que, tot i no
tenir símptomes de la malaltia, duen a l'interior
el microbi patogen i són, per tant, transmissors
potencials de la malaltia.
– Quarantena: Aïllament o limitació de
moviments de persones i animals que estan
infectats.
8

9. – Patogenicitat: Capacitat d’un microorganisme
de produir una malaltia.
– Virulència: Grau de patogenicitat d’un
microorganisme.
– Infecció: Proliferació de microorganismes
patògens en alguna part del cos d’una persona,
animal o planta. Exemples: faringitis, infecció
de la faringe; pneumònia, infecció de pulmó.
– Septicèmia: Presencia de bacteris en sang,
amb infecció generalitzada en tot el cos.
9

10. 1.2. Infecció microbiana
• El primer pas que fa un microbi quan infecta un ésser viu
és adherir-se a les cèl·lules de l'hoste. En aquesta
adherència sol haver especificitat d'hoste i de teixits.
• Alguns microbis patògens poden produir efectes nocius
quan es troben fixos a les superfícies dels teixits, la
situació més freqüent és que penetrin a través dels
epitelis mitjançant petites ruptures.
• Inicialment es produeix un focus d'infecció situat molt a
prop del lloc d'entrada del microbi, on aquest es localitza
i es reprodueix.
• Després els microbis accedeixen a la circulació
sanguínia, a les vies limfàtiques i als ganglis limfàtics, on
comença la defensa immunològica.
• Quan accedeixen a la circulació sanguínia poden afectar
a altes parts del cos.
10

11. 1.3. Factors de virulència
• El factor de virulència és el mecanisme pel qual
els microorganismes són patògens (degut a les
substàncies amb efectes tòxics que ells
produeixen).
• Els principals tipus són:
– Toxines: Són substàncies produïdes per
microorganismes, principalment bacteris, que tenen
efecte tòxic o verinós en els teixits de l'hoste.
• Exotoxines: Solen ser proteïnes que tenen una gran
especificitat per a determinats teixits.
• Endotoxines: Són molècules estructurals de la membrana
de la paret cel·lular dels bacteris Gram -.
11

12. – Enzims extracel·lulars: Els més representatius
són la hialuronidasa, la coagulasa, la lecitinasa,
la leucocidina i les hemolisines.
• La hialuronidasa és produïda per bacteris com
Sthaphylococcus aureus i Streptococcus pyogenes.
Hidrolitza l’àcid hialurònic que debilita la cohesió entre
cèl·lules i facilita la invasió.
• Clostridium perfingens secreta lecitinasa que
hidrolitza els lípids de membrana de la cèl·lula hoste.
• Alguns Staphylococcus produeixen coagulases que
transformen el fibrinogen del plasma sanguini en
fibrina, que envolta els bacteris i els protegeix de
l’acció de macròfags sanguinis.
12

13. 2. Les malalties infeccioses
• Les malalties infeccioses es poden
classificar en funció dels microorganismes
que les provoquen o segons el mitjà pel
qual son transmeses.
• Les malalties es transmeten per:
– Contacte directe.
– A través de l’aire.
– Per via sexual.
– Per l’aigua o els aliments.
– Per animals.
13

14. 2.1. Malalties transmeses per contacte
directe
• Els microorganismes aprofiten les escletxes de la
pell (ferides o incisions) per envair els hostes.
• Per prevenir és important tractar les ferides amb
agents desinfectants.
• Les més importants són:
– Ràbia:
• Malaltia vírica (produïda per Rhabdovirus), que ataca al sistema
nerviós.
• Es transmet per mossega da de gossos, ratpenats,etc.
• Els símptomes apareixen a les vuit setmanes (febre,
al·lucinacions, etc).
14

15. – Tètanus:
• Malaltia del sistema nerviós produïda pel bacteri
Clostridium tetani.
• Produeix una potent endotoxina (la mortalitat és
superior al 50%).
– Dermatomicosi:
• Causat per fongs dermatòfits que provoquen lesions
a la pell (es tracta amb fungicides).
– Gangrena gasosa:
• Infecció bacteriana que produeix gasos dintre del
teixit gangrenat.
• És una forma mortal de gangrena produïda per
Clostridium perfringens.
15

16. 2.2. Malalties transmeses a través de
l’aire
• Molts microorganismes es transmeten per l’aire; la
persona sana es contagia inhalant microorganismes
presents a l’aire.
• Els patògens procedeixen de la tos, esternuts o per
petites gotes alliberades per la persona malalta.
• Les més importants són:
– Refredat comú (Rhinovirus).
– Grip (Ortomixovirus).
– Xarampió (Paramixovirus).
– Galteres (Paramixovirus).
– Varicel·la (Varicela-zoster).
– Faringitis (Streptococcus pyogenes o Haemophilus influenzae).
– Tuberculosi (Mycobacterium).
– Pneumònia (Bacteris, virus, fongs o paràsits).
– Diftèria (Corynebacterium diphtheriae).
16

17. • Les que estudiarem són:
– Refredat comú:
• Afecta als epitelis de les fosses nasals i de la faringe.
• Provoca congestió nasal, tos, febre, etc.
– Grip:
• Infecta les vies respiratòries superiors i a vegades el pulmó.
• Provoca febre alta, dolors de cap, fatiga, etc.
– Xarampió:
• Ataca a les vies respiratòries.
• Provoca tos, febre, enrogiment d’ulls, etc.
– Galteres:
• Infecció al conducte respiratori superior i inflamació de les
glàndules salivals.
• Pot afectar a testicles, pàncrees i cervell.
17

18. 2.3. Malalties transmeses per via sexual
• Clàssicament conegudes com venèries (Venus,
deessa de l’amor). Actualment són conegudes
com a malalties de transmissió sexual (MTS).
• Malalties esteses arreu del món, amb
rellevància epidemiològica.
• Sobretot afecten a la població adolescent-jove
fins als 30 anys.
• La majoria tenen tractament.
• Algunes d'elles, com les produïdes per virus,
mai curen de manera definitiva.
• No només es transmeten per via sexual.
18

19. • Les més importants són:
– Sida:
• Provocada pel retrovirus VIH.
• Ataca als limfòcits T i els destrueix provocant la disminució de les
defenses i causant múltiples infeccions a l’organisme que poden
conduir a la mort.
• Té una fase asimptomàtica que pot durar anys.
• Tot i que en els darrers anys hi ha hagut avanços, encara no és pot
curar.
– Herpes genital:
• Provocada pel Herpesvirus.
• Causa infeccions i butllofes a l’anus, uretra, vagina i penis.
• De moment és incurable però existeixen medicaments que alleugen
els efectes.
– Hepatitis B :
• Causada pel Picornavirus.
• Afecta a les cèl·lules del fetge alterant el funcionament d’aquest
òrgan i provocant nàusees, vòmits, febre i engroguiment de la pell.
• Es contagia a través de transfusions sanguínies, xeringues i agulles
contaminades i en el naixement.
19

20. – Gonorrea:
• Causada pel bacteri Neisseria gonorrhoeae.
• Provoca la inflamació de la mucosa vaginal de la dona i a l’home
provoca infecció del canal uretral causant dolor a l’hora d’orinar.
• Pot causar esterilitat en l’home.
– Sífilis:
• Causada pel bacteri Treponema pallidum.
• Provoca lesions a la pell, als genitals i a altres zones del cos.
• Si s’estén pot afectar el sistema nerviós (bogeria) i els vasos
sanguinis.
– Candidiasi vaginal.
• Causada pel fong Candida albicans.
• Inflamació de les parets de la vagina i uretritis a ambdós sexes.
– Tricomonosi:
• Causada pel protozou Trichomona vaginalis.
• Infecció a la uretra en ambdós sexes.
• A la dona provoca vaginitis i dolor en orinar i a l’home infecció de
la pròstata i de les vesícules seminals.
20

21. 2.4. Malalties transmeses per l’aigua o
els aliments
• Les malalties infeccioses transmeses per
l’aigua o els aliments es poden contraure
per:
– Proliferació del microorganisme patogen a
l’animal que s’ingereix.
– Ingestió de les toxines que ha produït el
microorganisme (sense necessitat de que hi
estigui present el microorganisme patogen).
• La major part d’aquestes malalties afecten
al tracte digestiu (en menor part afecten al
cor, sistema nerviós, etc).
21

22. • Aquests microorganismes es solen trobar de
manera natural en els aliments que ingerim:
– Grans de cereals:
• Floridures i llevats que passen al pa en el procés d’elaboració.
– Carns:
• Mal manipulades o conservades.
• El més habitual Trichinella spiralis, que causa la triquinosi.
– Peix fresc i marisc:
• Enterobacteries, virus i cucs com l’Anisakis.
– Llet fresca:
• En el processament manual, transport o emmagatzematge pot
incorporar bactèries com E. coli, Salmonella, Staphylococcus,
Lactobacillus o Acinetobacter.
– Sucs, espècies i condiments:
• Poden contenir bacteris (Bacillus, Clostridium o
Pseudomonas) i fongs (Aspergillus, Saccharomyces, Candida,
etc.)
22

23. Anisakis Salmonella E. coli
Clostridium Candida Pseudomonas
23

24. • L’emmagatzematge inadequat dels aliments i les
condicions sanitàries en el transport, manipulació i cuinat
dels aliments pot causar malalties infeccioses.
• Principals malalties transmeses per l'aigua i els aliments:
– Disenteria amèbica o amebiasi:
• Es produeix pel protozou Entamoeba histolytica a través de l’aigua o
d’aliments contaminats.
– Poliomielitis:
• Afecta a la faringe i a l’intestí i està provocada pel Poliovirus.
• Els casos greus causa paràlisi de cames.
– Hepatitis A:
• Inflamació del fetge causada pel Picornavirus.
– Botulisme:
• Malaltia produïda pel bacteri Clostridium botulinum i que afecta al
SNC provocant visió doble, dificultat en parlar i paràlisi del diafragma.
– Salmonel·losi:
• Causada per la proliferació del bacteri Salmonella spp i que provoca
diarrees i vòmits.
• Es transmet a través dels ous, la llet i els seus derivats.
24

25. Disenteria amèbica o amebiasi
25

26. 2.5. Malalties transmeses per animals
• Certs animals poden contagiar malalties,
picant o contaminant aliments.
• Els animals vectors poden ser de dos
tipus:
– Vectors mecànics: Transporten els
microorganismes en certes zones del cos,
com les potes, els apèndix bucals, etc.
– Vectors biològics: Transporten el
microorganisme i, a més aquest desenvolupa
part del cicle vital dins seu.
26

27. Vector biològic
27

28. • Les principals malalties infeccioses transmeses per
animals són:
– Febre groga:
• El mosquit Aedes aegypti porta el virus Flavivirus a la saliva i el
transmet per picades.
• Infecta el fetge, el ronyó i altres òrgans.
– Pesta:
• Provocada pel bacteri Yersinia pestis que transmeten el rosegadors
salvatges i les rates.
• Infla els ganglis, taques a la pell, deliri i mort.
– Febre de les muntanyes rocalloses:
• Provocada pel bacteri Rickettsia rickettsi, un paràsit intracel·lular,
transportar per les caparres dels gossos.
• Causa febres i mals de cap.
– Malaltia de la son:
• Provocada pel protozou Tripanosoma brucei transmès per la mosca
tse-tse.
• Afecta el SNC i causa la pèrdua de forces musculars.
– Malària o paludisme:
• El mosquit Anopheles es vector pel protozou Plasmodium.
• Causa febres, calfreds, anèmia i dolors de cap i musculars.
28

29. 29

30. 3. Estudi i control dels
microorganismes
• Per poder examinar
els microorganismes
és necessari utilitzar
una sèrie de tècniques
que en permeten
l’aïllament, el cultiu i
l’estudi en condicions
controlades al
laboratori.
30

31. 3.1. Medis de cultiu
• Amb els cultius bacterians es pretén fer créixer
en el laboratori una determinada espècie que
permeti, per exemple, la seva identificació.
• Per fer créixer bacteris és necessari un medi de
cultiu adequat que aporti tots els requeriments
nutricionals (aigua, sals minerals, glúcids, etc.).
• A més a més, s’han de controlar altres aspectes
com la temperatura, presència o absència
d’oxigen, pH, potencial redox, temps de
creixement, etc
31

32. • Els medis de cultiu poden ser de dos
tipus:
– Medis líquids o brous de cultiu: Nutrients
líquids que s’introdueixen en tubs d’assaig.
– Medis sòlids: Solució de nutrients líquids
amb agents gelificants (agar-agar).
32

33. • Els medis de cultiu poden ser:
– Generals: En ells creixen la majoria de
bacteris. Exemple: LB-agar.
– Selectius: S’afegeix al medi un determinat
compost que inhibeix el creixement de
bacteris que no ho toleren i permet el
creixement d’aquells que ho toleren.
Exemple: sals biliars per Gram +.
– Diferencials: Aquells en que una
determinada espècie creix d’una determinada
manera que permet identificar-la. Exemple:
Transformant el color en el medi.
– Enriquits: Per bacteris que necessiten
components especials. Exemple: Agar sang.
33

34. • Les proves API són un sistema estandarditzat
per l'identificació de bacteris.
• Consisteix en una plantilla amb microtúbuls amb
medis de cultiu que permet l’estudi d’unes 20
proves metabòliques a partir d’una única colònia
bacteriana.
34

35. 3.2. Creixement d’un cultiu bacterià
• El creixement bacterià té diverses fases:
– 1. Latència: no hi ha augment de població
(adaptació al medi).
– 2. Exponencial o logarítmica: fase de
creixement (la població es duplica en cada
generació).
– 3. Estacionària: Hi ha un equilibri entre
reproducció i mort cel·lular.
– 4. Decliu o mort: La població decreix per
falta de nutrients i acúmuls de productes
tòxics (creats pel seu propi metabolisme).
35

36. Curva de crecimiento de un cultivo bacteriano
Logaritmo del número de células viables 2 3 4
1
Tiempo de incubación en minutos
36

37. 3.3. Control dels microorganismes
• Les substàncies que actuen contra
microorganismes s’anomenen agents
antimicrobians.
• Hi ha dues categories, segons l’efecte que
provoquen en els microbis:
– Microbicides: maten els microorganismes.
– Microbiostàtics: inhibeixen el creixement.
• En funció de la naturalesa de l’agent
antimicrobià es pot diferenciar entre:
– Agents antimicrobians físics.
– Agents antimicrobians químics.
37

38. 3.3.1. Agents antimicrobians físics
• Basats en processos físics:
– 1. Esterilització o exposició a altes
temperatures:
• S’utilitza per eliminar tota forma de vida (inclòs
espores) d’un determinat ambient, medi o
instrument.
• Es basa en fer un tractament a altes temperatures
durant un determinat període de temps.
• No tots els microorganismes tenen la mateixa
resistència a altes temperatures.
• Protozous i fongs moren entre 50 i 70ºC i bacteris
entre 70 i 100ºC.
38

39. • Es poden distingir dos tractaments, segons el
tipus de calor:
• Calor humida: produeix desnaturalització i
coagulació de les proteïnes microbianes. Hi ha
dos tipus:
– Esterilització clàssica: 120ºC durant,
aproximadament, 30 min. Exemple: autoclau, pots
en conserves, etc.
– Esterilització tipus UHT: 140ºC durant 3 segons.
Conserva el gust i la quantitat de vitamines en els
aliments però es conserva menys temps.
• Calor seca: Origina l’oxidació dels
components cel·lulars. Exemple: estufa.
39

40. – Pasteurització:
• S’utilitza per eliminar la majoria dels microorganismes dels
aliments sense perdre les principals característiques de sabor o
aroma.
• S’eleva la temperatura com a màxim a 80ºC durant uns 15-20
segons i desprès es refreda.
– Tractament a temperatures per davall del punt de
congelació:
• Es un tractament bacteriostàtic.
• Conserva els aliments, fàrmacs, etc.
– Radiacions electromagnètiques:
• Radiacions ionitzants: Ionitzen el DNA i les proteïnes, alterant la
seva composició química.
• Radiacions no ionitzants: Absorbida per les molècules de DNA
creant mutacions, inhibint o alterant la seva duplicació.
– Filtració de fluid o gas:
• Filtres microporosos que deixen passar el líquid o el gas, però
retenen els microorganismes.
40

41. 3.3.2. Agents antimicrobians químics
• Basats en l’ús de químics. Es poden diferenciar:
– Esterilitzants: Destrueixen formes microbianes
presents a les superfícies. Exemples: formaldehid o
glutaraldehid.
– Desinfectants: Eliminen microorganismes, però no
les espores. Es solen utilitzar per tractar superfícies.
– Antisèptics: Eliminen microbis presents a les ferides.
Exemples: Etanol 70%, aigua oxigenada, etc.
– Agents quimioterapèutics: Substàncies amb
toxicitat selectiva (només ataca als microorganismes
que causen malaltia). N’hi ha de dos tipus:
• Antibiòtics: Solen ser productes metabòlics de bacteris o
fongs filamentosos.
• Agents quimioterapèutics sintètics: Sulfonamides o
sulfamides i quinolones que inhibeixen certes rutes
metabòliques dels bacteris patògens, inhibint el seu
creixement.
41

42. • Antibiòtics:
– Tenen una composició molt variada, per lo que existeixen
diferents famílies.
– La producció d’antibiòtics per part d’aquests microorganismes
suposa una forma de competència ecològica.
– El seu mecanisme d’acció pot consistiren:
• Inhibir la formació de la paret bacteriana (penicil·lina).
• Alterar la membrana plasmàtica (polimixina).
• Inhibir la síntesi d’àcids nucleics (rifampicina).
• Competició amb metabòlits procariotes (sulfamides).
– Un antibiòtic pot ser bacteriostàtic (inhibeix el creixement
bacterià) o bactericida (mata altres bacteris).
– Existeixen antibiòtics amb la capacitat de eliminar molts bacteris,
reben el nom de antibiòtics d’ampli espectre.
– La activitat bactericida d’un antibiòtic es calcula amb un
antibiograma.
– La concentració mínima d’antibiòtic necessari per inhibir el
creixement bacterià es mesura amb la tècnica de concentració
en tubs (concentració mínima inhibitòria).
42

43. 4. La biotecnologia microbiana
• La biotecnologia
microbiana
inclou processos
industrials que
utilitzen
microorganismes
com a base per a
obtenir productes
d’utilitat per a les
persones.
43

44. 4.1. Producció d’antibiòtics
• La producció d'antibiòtics ha crescut
espectacularment des de la dècada dels
cinquanta i té una gran importància en l'àrea de
la medicina.
• Es coneixen uns 800 antibiòtics deguts a
Penicillium, Bacillus i Streptomyces.
• Hi ha contribuït:
– El descobriment d'espècies microbianes que tenen
més capacitat de producció.
– La millora dels medis de cultiu.
– La selecció de soques mutants.
– La millora en el mètode d'extracció.
44

45. 4.2. Producció de vitamines, aminoàcids
i enzims
• Vitamines:
– Algunes vitamines es fabriquen industrialment
utilitzant els processos de fermentació microbians.
– Exemple: producció de vitamina B12 per
Pseudomonas i Propioni bacterium.
• Aminoàcids:
– Molts microorganismes poden sintetitzar aminoàcids
a partir de precursors nitrogenats inorgànics com el
sulfatamònic.
• Enzims:
– Diversos fongs i bacteris produeixen enzims en més
quantitat dels que poden utilitzar, de manera que
expulsen les molècules sobreres.
– Exemple: amilases, proteases, renina, etc.
45

46. 4.3. Processos de fermentació
• Els processos industrials que utilitzen els
microorganismes com a base per l'obtenció dels
seus productes constitueixen l'anomenada
biotecnologia microbiana.
• Les fermentacions a escala mundial es duen a
terme en els anomenats fermentadors (dipòsits
de diferent capacitat en els quals hi ha un líquid
que és el medi de cultiu del microorganisme).
• El medi de cultiu i els microbis industrials es
barregen amb un sistema de pales intern que
s'anomena impulsor.
• La transformació del substrat en el producte
s'anomena fermentació.
46

47. • L'etanol:
– És una de les substàncies més importants
que s'obtenen en els fermentadors industrials.
– És un dissolvent orgànic utilitzat comunament
en la indústria química.
– És una substància pròpia de les begudes
alcohòliques.
– Les begudes alcohòliques s’obtenen de les
fermentacions produïdes pels llevats:
• Vi: Sacharomices cerevisae i S. ellipsoideus.
• Sidra: S. apiclatus.
• Cervesa i pa: S. cerevisae.
Glucosa (C6H12O6) 2 etanol (CH3–CH2OH) + 2 CO2
47

48. • L‘àcid làctic:
– És una molècula que poden produir bacteris,
com Lactobacillus bulgaricus, degradant
parcialment la lactosa.
– Aquesta molècula té una gran varietat d'usos:
• Lactat de ferro en el tractament d’anèmia.
• Lactat de calci pel tractament de deficiències de
calci.
• Lactat de sodi per fer substàncies plastificants.
– El medi de cultiu es un líquid (sèrum de llet)
constituït per una solució aquosa de lactosa,
sals i vitamines.
Lactosa (C12H22O11) + H2O 2 glucosa (C6H12O6) 4 ácido láctico (CH3–CHOH–COOH)
48

49. • L‘àcid acètic o vinagre:
– La producció d’àcid acètic (vinagre) la duen a
terme els bacteris Acetobacter o
Gluconobacter.
– Es produeix per una degradació incompleta
de l’etanol (amb oxigen, per lo que no es una
vertadera fermentació).
– El substrat del que es parteix pot ser vi, sidra
o alcohol etílic.
2 etanol (CH3–CH2OH) + 2 O2 2 ácido acético (CH3–COOH) + 2 H2O
49

50. 4.3.1. Exemples
• Elaboració de vi:
– S’obté per fermentació del suc de raïm (glucosa i
fructosa), que dóna alcohol etílic i CO2.
• Elaboració de cervesa:
– Es dóna per fermentació alcohòlica de cereals (ordi).
• Elaboració de pa:
– Te lloc per una fermentació alcohòlica duta a terme
per S. cerevisae.
• Elaboració de formatge i iogurt:
– Es dóna per una fermentació làctica que transforma
els glúcids senzills de la llet en lactat.
– Ho realitzen bacteris com Lactobacillus o
Lactococcus.
50

51. 4.4. Microorganismes i control de
plagues d’insectes
• Recentment, alguns microorganismes
s’han utilitzat com bioinsecticides degut a
la seva capacitat entomopatògena
(capacitat d’infectar els adults o larves
d’insectes i matar-los o produir toxines).
• Les toxines dels microbis entomopatògens
no solen produir efectes nocius.
51

52. 4.5. Microorganismes i indústria
alimentària
• Alguns microorganismes no patògens poden
contaminar els aliments de consum general.
• Per aquesta raó s’ha establert un protocol
d’anàlisi microbiològic d’aliments:
– Determinar al grup al que pertanyen.
– Tipus de metabolisme.
– Quantificació de microorganismes a l’aliment (núm.
màxim / mg o ml en cada aliment).
– Preservació de l’aliment abans del consum.
• Hi ha microorganismes que permeten
l’elaboració d’aliments (fermentació del
formatge, etc.).
52

53. 4.6. Microorganismes i enginyeria
genètica
• Enginyeria genètica:
– Tecnologia que permet modificar el conjunt de gens
d’un organisme introduint-hi gens que procedeixen
d’un altre ésser viu (de la mateixa o diferent espècie).
• Per realitzar una transferència de gens es
necessita una cèl·lula donant (ex. cèl·lula
humana) i una cèl·lula receptora (ex. cèl·lula
bacteriana).
• Quan la cèl·lula receptora rep el material genètic
de la cèl·lula donadora, aquesta reprodueix
l’expressió d’aquest material.
53

54. • Per transferir el material genètic d’una cèl·lula a
una altra són necessàries les passes següents:
– Obtenció de DNA donant:
• Primer s’ha de localitzar el gen que es vol extraure. Per
poder tallar el DNA s’utilitzen enzims de restricció (tant del
material genètic de la cèl·lula donant com del plasmidi).
– Tractament de DNA-lligasa (lligació):
• Permet inserir el gen de la cèl·lula donadora en el plasmidi
(plasmidi recombinant).
– Transformació:
• Els plasmidis recombinats s’uneixen als bacteris, obtenint
bacteris modificats.
– Clonació de gens:
• Els bacteris modificats s’aïllen i es cultiven per obtenir clons.
• Aquesta tècnica encara presenta alguns
problemes:
– Unions incorrectes del gen en el plasmidi.
– Inestabilitat del plasmidi recombinant dins del bacteri.
54

55. 4.7. Microorganismes i depuració
d’aigües residuals
• A les plantes depuradores d'aigües residuals, el
tractament secundari permet eliminar les
substàncies orgàniques indesitjables amb l'ús
de diferents microorganismes.
• Aquests microorganismes
digereixen la matèria
orgànica de l’aigua de
rebuig i després l’oxiden
mitjançant reaccions de
fermentació i respiració.
55

56. 5. Els microorganismes i els
cicles biogeoquímics
• Molts elements químics estan sotmesos a
circuits cíclics anomenats cicles
biogeoquímics.
• El paper dels microorganismes en aquests
cicles es basa en dos tipus de processos:
– Descomposició de la matèria orgànica
complexa morta en matèria orgànica senzilla.
– Mineralització de la matèria orgànica en
matèria inorgànica.
56

57. 5.1. Microorganismes i cicle del carboni
• El carboni constitueix l’esquelet de totes les
biomolècules orgàniques.
– Els microorganismes fotòtrofs agafen el diòxid de
carboni atmosfèric i fixen el carboni en molècules
orgàniques (CH2O)n en presència de la llum.
– Els microorganismes desintegradors duen a terme
o bé una fermentació butírica (Bacillus amilobacter,
Clostridium butiricum) per la qual descomponen
restes vegetals o bé una fermentació pútrida
(Bacterium linens, Clostridiums porogenes) on es
descompon la matèria orgànica de tipus proteic.
– Certs fongs utilitzen la cel·lulosa i la lignina com a
font de carboni i energia produint substàncies
orgàniques pudents i diòxid de carboni.
– Els arqueobacteris poden produir metà .
57

58. Cicle del carboni
58

59. 5.2. Microorganismes i cicle del sofre
• El sofre es sol trobar en les roques i els sediments en
forma de minerals de sulfat (SO42-) o en forma de
minerals de sulfit(S2-).
• Els bacteris tenen un paper molt important en la
transformació dels compostos de sofre:
– Bacteris oxidants de sofre (Thiobacillus): oxiden el sofre
elemental o el sulfur, produint sulfat (SO42-).
– Bacteris reductors de sulfats (Desulfovibrio): utilitzen els
sulfats (SO42-), en condicions anaeròbiques, com a acceptor
d’electrons i el transformen en sulfurs (abundants en medis
aquàtics).
• Al sòl només certs bacteris, fongs i plantes poden
utilitzar els sulfats i reduir-ho a sulfur d’hidrogen (H2S),
d’aquesta manera, el sofre podrà ser incorporat a
biomolècules com les proteïnes.
59

60. Cicle del sofre
60

61. 5.3. Microorganismes i cicle del ferro
• En la matèria mineral, el ferro es troba en forma de
compostos ferrosos o fèrrics.
• En els éssers vius, el ferro forma part d'algunes
molècules orgàniques (hemoglobina, citocroms, etc.).
• Alguns bacteris anaerobis (Thiobacillus ferroxidans) són
capaços de reduir els minerals de ferro en estat fèrric a
ferrós. Aquesta reducció permet posar aquet element a
disposició d’altres éssers vius.
• La biolixiviacó o lixiviació microbiana consisteix en la
reducció de metalls contaminants presents al sòl gràcies
a l’acció dels microorganismes.
• Una altra aplicació ambiental es la bioacumulació.
Alguns microorganismes tenen la capacitat d’absorbir de
l’ambient determinants compostos com metalls pesats
(plom o cadmi) o elements radioactius (cesi) i per això
són utilitzats com bioindicadors.
61

62. 5.4. Microorganismes i cicle del nitrogen
• El nitrogen està a disposició dels éssers
vius en forma de nitrats (NO3-) al sòl i a
l’aigua i en forma gasosa (N2) a
l'atmosfera.
• En funció de l’etapa del cicle on
intervenen els bacteris es classifiquen en:
– Desintegradors.
– Nitrificants del sòl.
– Desnitrificants.
– Fixadors de nitrògen.
62

63. • Bacteris desintegradors:
– Són bacteris que degraden els compostos orgànics nitrogenats
mitjançant fermentacions pútrides, produint amoníac.
– Transformen en amoníac la urea i l’àcid úric que excreten els
animals.
– L’acció d’aquests microorganismes va enriquint els sòls amb
amoníac (amonificació).
• Bacteris nitrificants del sòl:
– La nitrificació es la transformació de l’amoni en nitrats,
mitjançant una oxidació aeròbica.
– Es du a terme en dues fases:
• Nitrosació: pas d’amoníac a nitrits (NO2-). Nitrosomones.
• Nitratació: pas de nitrits a nitrats (NO3-). Nitrobacter.
– Nitrobacter i Nitrosomones són bacteris descomponedors.
– Com a resultat de la putrefacció dels organismes vius es
produeix amoníac que les plantes no utilitzen; els bacteris
nitrificants ho transformen en nitrats absorbibles.
63

64. • Bacteris desnitrificants:
– La desnitrificació es la transformació de nitrats en
nitrogen gasós.
– Per una banda, aquets procés torna el nitrogen a
l’atmosfera tancant el cicle i disminuint la quantitat de
nitrats a l’aigua i per altra banda, empobreix els sòls.
• Bacteris fixadors de nitrogen:
– La fixació biològica del nitrogen consisteix en la
transformació del nitrogen atmosfèric en amoníac o
amoni del sòl.
– Ho realitzen gràcies a l’enzim nitrogenasa:
• En el sòl: Azotobacter, Clostridium.
• En simbiosis amb plantes es troba el bacteri Rhizobium.
• A l’aigua: Cianobacteris del fitoplàncton i fongs en simbiosis amb
plantes.
– Aquest procés és important per captar el nitrogen inert
(inservible per la majoria dels organismes) i transformar-
lo biològicament per la síntesi de proteïnes i àcids
nucleics.
64

65. Cicle del nitrogen
65

66. 5.5. Microorganismes i cicle del fòsfor
• El fòsfor es troba a les roques fosfatades de
l’escorça terrestre.
• Mitjançant meteorització química o dissolució
s’alliberen fosfats (PO43-)que passen al sòl o a
l’aigua on seran assimilats per les plantes.
• Nombrosos microorganismes (descomponedors
de matèria orgànica) incorporen els fosfats
inorgànics del sòl i els solubilitzen en fosfats
utilitzables per les plantes.
66

67. Cicle del fòsfor
67

68. 5.6. Microorganismes i degradació
d’hidrocarburs
• Alguns microorganismes aeròbics (bacteris,
llevats i florits) són capaços d'utilitzar els
hidrocarburs com a font de matèria orgànica per
al seu metabolisme.
• Una aplicació interessant d’aquests
microorganismes es la bioremediació,
utilització d’organismes vius per eliminar
contaminants ambientals (petroli, etc).
• Un dels bacteris més utilitzats en bioremediació
es el gènere Pseudomones; aquests bacils
Gram – metabolitzen compostos orgànics
contaminants, produint substàncies innòcues.
68