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.