Ecologia Micro

8/13/2019 Ecologia Micro

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Mara Cecilia Arango Jaramillo

ECOLOGAMICROBIANA

ECOLOGAMICROBIANA


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Microbiologa del ambiente

oEcologa microbiana:

Estudiode las interrelaciones entre los

microorganismos,

entre ellos con otros organismos

y con el ambiente que los rodea


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Los microbios son las criaturas msminsculas en la tierra, pero tienen unimpacto enorme en nosotros y ennuestro ambiente:

Estn en cualquier lugar de nuestroentorno: suelo, agua y aire.

Son los que estn en mayor nmero yposeen la mayor capacidad para

efectuar cambios en cualquier

ecosistema


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La ecologa microbianaes compleja debido a lamltiples interacciones

de los microorganismos.


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CARACTERSTICASDE LOS

ECOSISTEMASMICROBIANOS

CARACTERSTICASDE LOS

ECOSISTEMASMICROBIANOS


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Caractersticas de los ecosistemas microbianos:

Capacidad de los microorganismos paratransformar el ambiente

Adaptacin y mutacin de los microorganismos

Tamao del hbitat

Suministro de alimento

Diversidad de especies microbianas

Dinmica de poblacionesAsociaciones microbianas en ecosistemas


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Capacidad de los

microorganismos paratransformar el ambiente

La naturaleza y la gran magnitud delas actividades metablicas de losmicroorganismos

Producen importantes cambios en elambiente


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Cambios

iniciales:

Transformacin delsustrato

Agotamiento de

alimentos

Elaboracin deproductos finales

Los microorganismosque participan en el

primer nivel de cambio

productos inadecuadospara su utilizacin

posterior

Otros microorganismoslos utilizan

reponen los nutrientes


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Caractersticas de los microorganismos paradesarrollar su actividad de transformacin

ambiental:

rea grande en contacto con el sustratoque facilita la accin enzimtica(Volumen/rea)Rpido ndice de desarrollo

Gran capacidad de los diferentesmicroorganismos para degradar todos loscompuestos naturales en el ambiente


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Adaptacin y mutacinLa supervivencia y el crecimiento de una

especie dentro de una comunidad

biolgica

Capacidad para ajustarse a las condiciones

ambientales cambiantes.

requieren


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Genotipo: La

informacingentica de

cada individuo

Fenotipo:Laexpresin del

genoma

afectada por el

medioambiente

Los microorganismos seacomodan a los cambios

temporales del ambiente

Mediante la adaptacinfenotpica:

Respuesta delmicroorganismo a cambios

temporales

Est limitada por el genotipo.


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Las condiciones ambientalesdeterminan que diferentes

tipos genticos de

microorganismos puedancompetir con otros

Slo los mejor ajustados pueden

sobrevivir


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Muchos microorganismos pueden crecer a lo

largo de una amplia gama de temperaturas.Su efectividad metablica no es la misma alas temperaturas extremas.

La capacidad

adaptativa estentre loslmites delgenotipo.

Temperatura

ptima


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La primeradejar sulugar a lamejoradaptada

Cuando sucece un cambiofsico o qumico como:

Teminacin del alimentoCambios drsticos detemperatura o pH

Las condiciones se

hacen msfavorables para otraespecie


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Predominio relativo de microorganismos de un lote dedesperdicios orgnicos (modifi cado de Pelczar, 1982)

Tiempo

Ciliados vida libre

Ciliados fijos

Suctoria

Bacterias

Fitoflagelados

Sarcodina

Zooflagelados

Accin selectiva de los factores ambientales sobrelas poblaciones de microorganismos

Sucesin ecolgica


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La capacidad de unmicroorganismo deadaptarse al

ambiente eshereditaria , pero elestado fenotpicoque resulta de la

adaptacin, puedeno ser heredado.

La adaptacin puede ser:

Evolutiva

Fenotpica o fisiolgica


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1. Adaptacin evolutiva

Esta adaptacin incluye los

cambios del genotipo por seleccin

Estos cambios se producen por:

Mutacin espontnea

Intercambio gentico bacteriano


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Hay oportunidadespara un cambio enel genotipo como

resultado de unamutacin.

El mutante es unorganismo cambiadopermanentemente.

Si es capaz deprosperar en elambiente, el mutantese perpeturar, de

lo contrario perecer.

Mutacin espontnea o inducida

A A T G C A T T G C T A

A A T G C A T T G C T AA A T G G A T T G C T A


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Los cambios genotpicos enlas clulas tambin se efectanpor el intercambio de genesbacterianos en la naturaleza

TransformacinTransduccin

Conjugacin

Intercambio gentico bacteriano


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Se produce entre bacterias que viven en el

epil iton, o pelcula gelatinosa que recubrelas rocas sumergidas de los ros

Transferencia gnica mediante

transduccin.Transduccin: unbacterifago se adhiere auna bacteria y le inyecta su

ADN

Robert V. Miller, Scientifican american,1998


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Mara Cecilia Arango JaramilloRobert V. Miller, Scientifican american,1998


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Robert V. Miller, Scientificanamarican,1998

Transferencia de plsmidos porconjugacin

En las bacterias gram-negativas, una cluladonadora establecen

contacto con una clula

receptora mediante un pil i,facil itando as el

acercamiento de las dosbacterias

Se forma un puente (poro)entre las dos clulas.


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Robert V. Miller, Scientificanamarican,1998


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En la bacteriasgram-positivas laconjugacin es

similar.Pero, para atraerse,las bacterias noutilizan pili sino

seales qumicas.


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Las clulas absorben ADN libre liberadopor una bacteria muerta.

El ADN es atrapado e introducido por uncomplejo protenico en la superficie de labacteria.

Enzimas degradan una de las dos cadenasde la molcula.

La otra cadena puede acabar integrndoseen el cromosoma de la bacteria

Transferencia de genes por

transformacin


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Tambinpuede ocurriren bacteriasgram-negativas atravs de unmecanismodistinto.

Transformacin en una bacteria gram-positiva

Robert V. Miller, Scientifican amarican,1998


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Mara Cecilia Arango JaramilloRobert V. Miller, Scientifican amarican,1998

http://193.146.205.151/web/articulos/articulos.htm


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Es la respuesta de los

organismos a los cambiostemporales

Esta adaptacin o ajuste

se da entre los lmites delgenotipo

2. Adaptacin fisiolgica o fenotpica


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En altastemperaturas todos

los microorganismospierden sus flagelosy esta condicinpermanece por

varias generacionesCuando sonincubados atemperatura normal,

recuperan losflagelos

Ocurren entodos losindividuos de

una poblacinexpuestos alcambio


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Genoma fijo en ambiente variable

Genoma variable en ambiente fijo

Genoma variable en ambiente variable

Interacciones genoma - ambiente


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La adaptacin en estecaso es fisiolgica ofenotpica

Los microorganismosdeben adaptarse a lavariabilidad de lascondiciones para

sobrevivir

Genoma fi jo enambiente variable

Microorganismoscapaces de crecer enun medio mnimo a

temperatura moderadapueden crecer atemperaturas elevadassi se les proporcionan

factores de crecimientoadicionales


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Genoma variableen ambiente fijo

Adaptacin gentica :

Los factores ambientales no cambian,el genoma es el factor variable:

Por mutacin espontnea o inducida

Por intercambio gentico


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Genoma variable enambiente variable

Es una adaptacin evolutiva

La supervivencia de los microorganismosmejor adaptados a los cambios permiten

la seleccin de un genoma ms que otro.

Las mutaciones y el intercambio degenes intervienen en la adaptacin

La naturaleza selecciona los mejoradaptados


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Dinmica de poblaciones

Un tipo de microorganismos prospera en

su ambienteslo mientras las condiciones son

favorables

para su crecimiento y supervivencia.


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Un cambio fsico o qumico: agotamiento de nutrientes

cambio en el pH o temperatura concentracin de oxgeno

Hhace las condiciones de crecimiento msfavorables para otra especie

H

el organismo adaptado a las condiciones queprevalecan antes,

cede su lugar a un organismo mejor adaptado a lasnuevas.


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Las condicionesambientales tienen

efecto selectivo

sobre laspoblacionesmicrobianas.


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Tamao del hbitatSon de diferentes tamaos:

Una laguna o un estanque

La rizosfera

Microhbitats dentro de ellos donde una

comunidad se establezcaLa boca o los dientes de los animales

El rumen de los herbvoros

Un tronco cado

La localizacin y delimitacin de los hbitatsmicrobianos no siempre son fciles de precisar


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Suministro de alimento

En los hbitatsnaturales lacantidad de

alimento es muchomenor que enmedios delaboratorio

Los cambios en lanaturaleza qumicay en la composicin

de los materialesnutritivos tieneninfluencia selectivaen la microbiota


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Adems,una especie puededepender de otra

para la transformarlos sustratos enalimento disponibleo degradar

sustancias txicas

Como laconcentracin denutrientes flucta,

resultan alzas ybajas en eldesarrollo


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Diversidad de especies

microbianas

Los microbios nos rodean por todas

partes: aire, agua, suelo.1 gramo de suelo frtil

contiene 1.000.000.000 microbios

miles de especies.


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Muchos aos deevolucin han

creado unaimpresionante einimaginablediversidad demicrobios.


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Se estima que conocemos menosel de 1 % de las especie

microbianas en la tierra.De ms de un milln deespecies de bacteriasque se sospecha queexisten, solo cerca de4200 estn descritas.

A pesar de su abundancia:

La mayora de los tipos de microbios

siguen siendo desconocidos.


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Las transformaciones qumicas realizadaspor consorcios de microorganismos nopueden determinarse recopilando las

propiedades bioqumicas de cadaespecie en cultivo puro

Esto se debe a ocurren varios tipos de

interaccin entre especies, que no sedan en cultivo puro.

Microorganismos en ambiente naturalraramente se encuentran en cultivos puros.


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Asociaciones microbianas

en ecosistemas

Los microorganismos de un ecosistemapresentan asociaciones e interacciones :

Entre microorganismos

Entre microorganismos y deorganismos superiores.


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Neutralismo, 0/0:

Dos organismos tan diferentes que nocompitan por alimento ni se inhibenaunque ocupen el mismo espacio

Es muy difcil que dos poblaciones demicroorganismo que estn en contacto

ntimo no se afecten

Entre microorganismos diferentes:


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Los organismos que se establecen elmismo nicho ecolgico

Necesitan los mismos alimentos y

condiciones ambientales

tienen gran influencia entre s

El mejor adaptado predomina o eliminacompletamente a los otros

Competencia, -/-:


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Las colonias que enuna placa estnmuy juntas compiten

por alimento yespacio

En lasfermentacioneslcticas al principio

hay muchos tipos debacterias pero alfinal predominanuna o dos


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En cobayosEntamoeba

histolytica es

incapaz de produciramebiasis clnicacuando Escherichiacoli est presente


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Antibiosis: Unamixobacteria aisladade un estanque de

peces lisa muchasespecies de algasverdeazulesunicelulares ofilamentosas y otrasbacterias.

Pseudomonasaeruginosa producepigmentos que inhibenla germinacin de

Aspergillus terreus

Staphylococcus aureus

produce sustanciasantifngicas que causan

alteraciones ehinchazn en las hi fasdeAspergillus terreus

Antagonismo, +/-:

un caso de competencia?


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Lactobacillusproduce y toleracondicianesmarcadas deacidez

Otrosmicroorganismosno son capacesde desarrollarseen las

condicionesestablecidas porlos lactobacilos

Escherichia coli yStaphylococcus

aureus crecen bien encultivo puro perocuando crecen juntas,S. aureus crecemenos, porque E. colitiene un tiempo degeneracin ms cortoy agota rpidamentelos nutrientes


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El hongo Geotrichumcandidum

Metaboliza cidolctico que si se

acumula

No permite elcrecimiento de otros

microorganismos


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Simbiosis en queambos organismos

resulta benefiados

Cuando la relacinno es obligatoria se

le llamacooperacin

Mutualismo, +/+:


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Saccharomyces

cereviciae produceornitina a partir de

argininaEscherichia coli

transforma laornitina en

putrescina

Escherichia coli ySteeptococcus

fecalis:

Creciendo juntasproducen putrescinaa partir de laarginina

Separadas no la

producen


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Streptococcus cremoris yStreptococcus lactis,creciendo juntas producen

mayor cantidad de cidolctico que cuando crecenseparadas

Thiobacillus ferroxidans y


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Produccin de metabolitos diferentes.

Thiobacillus ferroxidans y Beijerinkialactocogenes en la descomposicin de trituradode metales sin fuente de nitrgeno y carbono

Thiobacillus ferroxidans y

Beijerinkia lactocogenes,

en simbiosis

Tiempo en horas

Thiobacillus ferroxidans

cultivo puro

Beijerinkia lactocogenescultivo puro


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Compuestos nitrogenados

Carbono orgnico

Aire

O2 CO2N2

Bacterias fijadoras de N2Beijerinkia lactocogenes

Bacterias fijadoras de CO2,Thiobacillus ferroxidans

S, P y huellas de metalesTriturado, mezcla y filtrado


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Proteus vulgaris yStaphylococcusaureus, fermentanlactosa.

En cultivo puroProducen cido y noproducen gas

Si crecen juntasproducen cido y

gas

La misma relacinse da entreStaphylococcus

aureus yEscherichia coli


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Saccharomyces

cereviciae producecido nicotniconecesario para elcrecimiento deProteus vulgaris

Las bacterias

anaerobiasproductoras demetano leproporcionan lamateria prima

necesaria a las queoxidan metanoLas bacterias

hetertrofas produceniones amonio

necesarios paraNitrosomonas


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Influenza porcinaslo se produce si

estn presentessimultneamente:

Tarpeia suis (virus)

Haemophilus suis

(bacteria)


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Lquen:

El hongo obtiene del alga productosmetablicos como glucosa y

alcoholesEl alga se beneficia de la capacidadque tienen las paredes del hongopara retener agua


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Comensalismo, +/0:

Levaduras/bacterias

Cuando el medio tiene alta concentracinde azcar las levaduras crecen pero no las

bacteriasCuando los hongos han metabolizado partedel azcar, el medio queda acondicionadopara que las bacterias se desarrollen

Las levaduras tambin producen vitaminasfavorables a las bacterias


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Lasasociacionescomensales

permiten eldesarrollo deespeciesanaerobias y

facultativas enmediosaerbicos


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Staphylococcus

aureus yHemophilus

influenzae fuerontomadas de un frotisde garganta

Colonias deHemophilus cercanasa las deStaphylococcus eranms grandes

Staphylococcus

produca NAD queaprovechabaHemophilus


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Las bacteriasfotosintticasproductoras deazufre:

Oxidan el H2Spermitiendo eldesarrollo deespecies sensibles

a l.

Muchas bacteriasproducen la enzima

penicilinasa

inactiva la penicilina

permitiendo el

desarrollo de lasbacterias sensibles


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Un organismo vive aexpensas de otro.

le roba a otro

organismo losnutrientes

El parsito sealimenta de las

clulas o lquidosdel husped

El parsito dependedel husped y viveen contacto fsico y

metablico con l

Eventualmente elhusped muere

Parasitismo, +/-:


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La bacteria Gram -

Bdelovibriobacteriovorus

Vive en el suelo yen las aguas de

drenajeEsextraordinariamentemvil

Se pega a la clulahusped y la lisa

Hongos queparasitan hongosHongos queparasitan algas

Los virus sonparsitos dehongos, algas ybacterias


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Interacciones de los microbios con plantasy animales:

Interacciones Planta-Microbio

Simbiosis Mutualista: Rhizobium: convierte elnitrgeno a una forma que puede ser utilizado

por las plantas. Parasitismo: enfermedad

Interacciones Animal-Microbio

Simbiosis Mutualista: Microflora beneficica del

tracto instestinal de las termitas Parasitismo: enfermedad


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Importancia dela ecologamicrobiana

Importancia dela ecologamicrobiana


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Ciclos Geoqumicos Globales Carbn

Nitrgeno Hierro

Azufre

Ecologa Global

Los microbios son el fundamento delsistema Tierra (Gaia), porque sonresponsables de la mayora de losciclos de elementos


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Son la base de los ciclos de reciclajede nutrientes y elementos delecosistema

Desde un punto de vista global, lasbacterias juegan un rol muy

importante :

Las algas y cianobacteriascontribuyen a la base energtica delos ciclos mediante la fotosntesis


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Qu papeldesempean los

microbios en latendencia al

calentamiento global?

Si los microorganismosfueron los responsables

de la creacin de laatmsfera terretre

Qu papeldesempeanlos microbios

en el El Nio?


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Ecologa humana

El estudio de la microbiota humanapuede aclarar relaciones muycomplejas.

Somos huspedes de billones demicrobios que colonizan nuestro tractointestinal, nuestra piel, pelo, dientes.


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La colonizacin microbiana a veces noscausa problemas cuando resulta enenfermedad.


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Aplicacin de ecologa humana: laepidemiologa

La epidemiologa, tambin se aplica aplantas cultivadas y animales

domsticos


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Exobiologa

La vida existe en otra parte deluniverso?

Si hay vida en otra parte en el universo,

probablemente es microbiana.

Noticia en 1996:


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Noticia en 1996:evidencia devida microbiana

en el pasado deMarte.

Contina labsqueda paradetectar vidams all denuestro propio

planeta.


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Mientras tanto, losmicrobiosdesempearn un

papel dominante enla exploracin ycolonizacin delespacio.


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Reciclaje

Los microorganismosreciclan la mayora de losdesechos orgnicos enrecursos reutilizables.


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Los seres humanos han aprovechado lapotencia de los microbios para reciclar en varios

sistemas:

Tratamiento de desechos: Los microbios se utilizanen el tratamiento de las aguas residuales para reciclar

nutrientes, recuperacin del metano y el control deenfermedades.

Tratamiento de residuos animales: Los microbioslimpian los desechos producidos por los animales del

domsticos


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Compostaje: Prctica de moda paraconvertir las basuras de la cocina, las fincas,

las plazas de mercado, los mataderos, etc.,en un abono rico para el suelo.

Aunque las lombrices han conseguido muybuena fama por su contribucin al laproduccin de humus, los verdaderos obrerosde la humificacin son los microbios.

Compostaje municipal Miles de toneladas dehojas, recortes de hierba y basuras orgnicas

son compostadas en grandes instalacionesmunicipales.


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BioremediacinLa degradacin ambiental es una de laspeores amenazas a la que debe hacer frente la humanidad.

Muchos problemas ambientales se puedencurar por los microbios.


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Las bacterias ms estudiadas han sido las

patgenas (particularmente para loshumanos y animales domsticos).

Sin embargo, muchas otras bacterias nopatgenas son del mayor inters

tecnolgico, por ejemplo aquellas queparticipan en:Depuracin de aguas servidas o industriales

Depuracin natural en ros, esteros o lagos

Descomposicin de orgnicos en el suelo y enrellenos sanitarios (metanognesis)


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Los microbios se utilizan para limpiar:

Bioremediacin de residuos txicos:Uso de microbios para la limpieza deresiduos txicos.


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Bioremediacin de Residuos industriales ydomsticos: las algas para el tratamiento deaguas servidas en lagunas (o pozos), permitenmantener condiciones de oxgeno disuelto

sobre el valor de saturacin en agua en lafraccin superior (menos profunda), dondepenetra la luz solar.


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Bioremediacin derramamientos depetrleo

Bioremediation Pesticidas


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Indicadores de calidad ambiental:

La calidad y la productividad de lasaguas naturales estn relacionadas, en

gran medida, con su poblacinmicrobiana

El aire limpio, sin polvo, tienerelativamente pocos microorganismos


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Microbiologa de la

alimentacinFerti lidad de los suelos

Microbiologa de ladigestin

Conservacin de alimentos

y cosehas


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Ferti lidad de los suelos

Dependemos de loscultivos para el sustento

y estas cosechasdependen de suelos

sanos con su vidamicrobiana equilibrada.


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Mucha de la protenaque comemos es elresultado de lafijacin bacteriana

del nitrgeno del airepor microbios talescomo Rhizobium.


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Microbiologa de la digestin:

Los microbios se utilizan como probiticos,un suplemento de la digestin que coloniza

los intestinos, previniendo la colonizacinmicrobios causantes de enfermedad.

No son alimento.


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Conservacin dealimentos ycosehas

Una enorme cantidad dealimentos se pierde por:

El mal manejo dealimentos procesados

El mal trato y la contaminacin de losproductos agrcolas ypecuarios durante lacosecha, el transporte elalmacenamiento y la

distribucin


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BiotecnologaLos microbios se utilizan como obrerosen la produccin de muchoscompuestos como:

CombustibleMinera

Biocontrol

Productosfarmacuticos

Biochips delordenador

Productosqumicos

Ingenieragentica


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Produccin del Combustible :produccin del etanol para serusado como combustible para

automviles


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Explotacin minera

Lixiviacin de metales de rocasricas en hierro por losmicrobios.

El 5% del mineral de cobre del

mundo es producido bio-lixiviando

El uranio se mina con la ayudade bacterias


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Biocontrol : uso de microbios paracombatir parsitos y plagas.

Uso del Bacilo thuriengensis, una

bacteria que produce una toxina quemata 40 parsitos del plantas


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Biochips para Ordenadores

Los microorganismos se utilizarn en elfuturo para producir los

microprocesadores a base de protenascon ms interruptores que losmicrochips convencionales.


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Ingeniera Gentica

Algunos microorganismos se utilizanpara llevar genes de unos organismos

a otrosAgrobacterium utilizada en laingeniera gentica de plantas.


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Hasta ahora, se ha demostrado que:

Las bacterias modificadasgenticamente suelen ser frgiles y

mueren con relativa rapidez.No es probable, que sus genes gocende muchas posibilidades parapropasarse.


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Productosfarmacuticos

Productosqumicos

Producidos industrialmente agran escala por

microorganismos

seleccionados o modificadosgenticamente

La bioingeniera de productos tilestales como antibiticos, suplementosdel alimento, y productos qumicos.

Estudios bsicos en


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Estudios bsicos en

ciencias biolgicasFueron los primerosseres vivos en latierra, hace 3700

millones de aos,mucho antes de queplantas y animalesmulticelulares, quese desarrollaronhace 600 millonesde aos.

Como los microbiosson simples,proporcionan un

modelo paraentender cmo haevolucionado lavida.


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Los microbios se usan para estudiar laecologa, porque:

1. Las bacterias son pequeas

poblaciones grandes pueden ser estudiadas yreproducidas rpidamente

2. Tienen realciones complejas:

Prooporcionan pistas de cmo funcionan losecosistemas complejos


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En los ltimos tiempos,

la preocupacin por la calidad

ambiental ha tenido como efecto

un mayor inters por la

ecologa microbiana


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El estudio de la ecologa microbianapuede ayudarnos a mejorar nuestrasvidas va el uso de microbios en:

La restauracin ambiental La produccin del alimento

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