Efectos de los factores ambientales sobre los procariotas
- 1. Centro de Bachillerato Tecnológico Industrial y de Servicios No. 128 Módulo ll: Ejecuta métodos de análisis cualitativos químicos y microbiológicos con base a las normas. Sub módulo: Ejecuta técnicas de identificación de microorganismo con base a las normas. Investigación. Efectos de los factores ambientales sobre los procariotas. Facilitadora: Ing. Acosta Jessica Equipo 3. Integrantes: Cabral Brandon, González Lesly, Hernández Nayeli, Hernández Alan, Jiménez Fabiola, Lagunas Itzel, Lira Vanesa, Mata Lizbet. Cd. Juárez, Chihuahua, México; 6 de Noviembre de 2014
- 2. 1 Índice Introducción……………………………………………………….…………………………………………………2 Células procariotas……………………………………………………….………………………….……………..2 Tipos de factores ambientales…………………………………………………………………………….………3 Efectos sobre la temperatura de crecimiento………………………………………………………….……….4 Efecto letal del calor…………………………………………………………………………………………...……5 Efectos de las bajas temperaturas…………………………………………………………………….…………6 Efectos de las radiaciones…………………………………………………………………………………………7 Efectos de la desecación…………………………………………………………………………………………..9 Efectos de la presión osmótica………………………………………………………………………………….10 Efectos de la presión hidrostática…………………………………………………………………...…………. 11 Efectos de las ondas sonoras………………………………………………………………………………..….11 Factores químicos para el control de los organismos…………………………………………...…………12 Otros factores que afectan a los procariotas……………………………………………………………..…..13 Conclusiones…………………………………………….………………………………………………………....16 Bibliografía………………………………………………………………………………………………….……….18
- 3. 2 Efectos de los factores ambientales sobre los procariotas Introducción Las bacterias, debido a su tamaño microscópico, se ven más afectadas por las condiciones ambientales que los seres vivos pluricelulares. Debido a esto, una gran cantidad de bacterias se han adaptado a las condiciones que presentan sus hábitats, con el fin de sobrevivir a los cambios que se dan dentro de estos. Debido a lo anterior, las bacterias presentan una gran variabilidad en cuanto a las condiciones que pueden soportar, dependiendo de su tipo y del ambiente donde se desarrollan; no todas las bacterias pueden soportar las mismas condiciones, por lo que ciertos ambientes solo están destinados para las bacterias que lograron adaptarse a estas condiciones, mientras que las bacterias que no las soportan pueden morir. Las condiciones ambientales van desde la temperatura hasta la presión que se ejerce sobre las bacterias, las cuales solo pueden soportar un determinado rango de cada condición sin que se vea enormemente afectada su reproducción y metabolismo normal. Células procariotas Las células procariotas estructuralmente son las más simples y pequeñas. Como toda célula, están delimitadas por una membrana plasmática que contiene pliegues hacia el interior (invaginaciones) algunos de los cuales son denominados laminillas y otros son denominados mesosomas, y están relacionado con la división de la célula. La célula procariota por fuera de la membrana está rodeada por una pared celular que le brinda protección. El interior de la célula se denomina citoplasma. En el centro es posible hallar una región más densa, llamada nucleoide, donde se encuentra el material genético o ADN. Es decir que el ADN no está separado del resto del citoplasma y está asociado al mesosoma. En el citoplasma también hay ribosomas, que son estructuras que tienen la función de fabricar proteínas. Pueden estar libres o formando conjuntos denominados polirribosomas. Las células procariotas pueden tener distintas estructuras que le permiten la locomoción, como por ejemplo las cilios (que parecen pelitos) o flagelos (filamentos más largos que las cilias).
- 4. 3 Tipos de factores ambientales Debido a su pequeño tamaño y a su estilo de vida individual, las células procariotas sufren los cambios ambientales de un modo mucho más directo e inmediato que las células de los organismos pluricelulares. A lo largo de miles de millones de años, los procariotas han venido estando sometidas a diversas presiones ambientales, y han respondido evolutivamente creando numerosos mecanismos de adaptación. Actualmente, las únicas formas de vida existentes en determinados ambientes extremos son exclusivamente procariotas. Desafiando a nuestras ideas preconcebidas de lo que es la vida “normal”, encontramos extraordinarios seres vivos unicelulares viviendo “cómodamente” a pH muy ácidos o muy alcalinos, medrando en salmueras y salinas, o reproduciéndose a temperaturas de más de 100ºC y a grandes presiones. Este tipo de microorganismos que habitan medios que los humanos consideramos como “extremos” reciben el calificativo de extremó filos. En este capítulo veremos algunas de estas notables adaptaciones. Hasta ahora hemos venido considerando el crecimiento de las bacterias en función de su fondo genético, en relación con los nutrientes, y en unas hipotéticas condiciones ideales (óptimas). Sin embargo, el trabajo experimental con microorganismos ha de tener en cuenta los factores ambientales, es decir, una serie de agentes físicos y químicos que: 1. Modifican la velocidad de crecimiento, provocando cambios que, a determinados valores de dichos factores pueden llegar a ocasionar la muerte de microorganismos. 2. Condicionan la distribución de los microorganismos en sus ecosistemas y hábitats naturales. 3. Permiten a los humanos controlar el crecimiento microbiano, por medio de la fijación de parámetros para: a) La muta génesis. b) La esterilización y desinfección. c) La quimioterapia. No todos los microorganismos toleran del mismo modo un determinado factor ambiental. Así, unas determinadas condiciones pueden ser nocivas para una especie bacteriana, y en cambio ser neutras o beneficiosas para otra. Antes de abordar el estudio de distintos agentes ambientales, conviene distinguir entre los efectos que un determinado agente puede tener sobre la viabilidad y los efectos que pueden simplemente afectar al crecimiento, a la capacidad de diferenciación (si la hubiera) o de reproducción. Los principales tipos de factores a considerar se pueden desglosar de la siguiente manera: Agentes físicos: Temperatura Desecación Radiaciones Ondas sonoras Presión hidrostática Presión osmótica PH Agentes químicos: Desinfectantes y antisépticos Antibióticos
- 5. 4 Efectos sobre la temperatura de crecimiento La temperatura es uno de los parámetros ambientales más importantes que condicionan el crecimiento y la supervivencia de los microorganismos. La temperatura afecta a la velocidad de crecimiento (y, por lo tanto al tiempo de generación, g). Cada bacteria (y suponiendo que el resto de condiciones ambientales se mantienen constantes) muestra una curva característica de tasa de crecimiento en función de la temperatura, donde podemos distinguir tres puntos característicos llamados temperaturas cardinales: Temperatura óptima: permite la máxima tasa de crecimiento. Temperatura mínima: por debajo de ella no hay crecimiento. Temperatura máxima: por encima de ella tampoco existe crecimiento. El margen entre la temperatura mínima y la máxima se suele llamar margen de crecimiento, y en muchas bacterias suele comprender unos 40 grados. La temperatura mínima se puede explicar en función de un descenso de la fluidez de la membrana, de modo que se detienen los procesos de transporte de nutrientes y el gradiente de protones. Por encima de la temperatura mínima la tasa de crecimiento va aumentando proporcionalmente hasta alcanzar la temperatura óptima, debido a que las reacciones metabólicas catalizadas por enzimas se van aproximando a su óptimo. En dicha temperatura óptima las enzimas y reacciones se dan a su máxima tasa posible. A partir de la temperatura óptima, si seguimos subiendo la temperatura se produce un descenso acusado de la tasa de crecimiento hasta alcanzar la temperatura máxima. Dicha temperatura refleja desnaturalización e inactivación de proteínas enzimáticas esenciales, colapsamiento de la membrana citoplásmica y a veces lisis térmica de la bacteria. Obsérvese en el gráfico que la temperatura óptima está más cerca de la máxima que de la mínima. Según la temperatura crecen diferentes tipos de microorganismos: Termófilos Son todas las procariotas y son las únicas capaces de vivir a mas de 60°C. Presentan óptimos a 50-75ºc y máximos entre 80 y 113ºc. Dentro de esta categoría se suele distinguir las termófilas extremas (=hipertermófilas), que pueden llegar a presentar óptimos cercanos a los 100ºc, y que taxonómicamente pertenecen al dominio de las Archaea Psicrófilos Las psicrófilas o criófilas: crecen a partir de entre -5 a 5ºc. A) Las llamadas psicrófilas obligadas tienen temperatura óptima a 15-18ºc, como por ejemplo Flavobacterium. La bacteria Polaromonas vacuolata, recientemente aislada en aguas heladas de la Antártida es lo que pudiéramos llamar un psicrófilo extremo: tiene su óptimo de crecimiento en 4ºc, y es incapaz de crecer a 14ºc (¡se muere de calor!). B) Las psicrófilas facultativas o psicrotolerantes (también llamadas psicrotrofas) presentan temperatura óptima en torno a los 20-30ºc y máximas a los 35ºc. Las bacterias y hongos psicrotrofos son los responsables de que los alimentos guardados en nevera se estropeen al cabo del tiempo. Mesófilos Los mesófilos presentan temperaturas óptimas a los 25-40ºc y máximas entre 35 y 47ºc. La mayor parte de las eubacterias (incluyendo las patógenas) pertenecen a esta categoría. La mayor parte de los microorganismos que viven en ambientes templados y tropicales, incluyendo los simbiontes y parásitos, pertenecen a esta categoría.
- 6. 5 Efecto letal del calor Al subir la temperatura por encima de la temperatura máxima de crecimiento, se dejan sentir los efectos sobre la viabilidad: la pérdida de viabilidad significa que las bacterias dejan de ser capaces de crecer y dividirse, aun cuando las transfiramos a un medio idóneo. La muerte por calor es una función exponencial de primer orden: dN/dt = -KT·N La acción del calor supone la muerte de una fracción constante (KT) de la población sobreviviente en cada momento. La cinética de primer orden sugiere que no existen efectos acumulativos, sino que la muerte se debe a la destrucción o inactivación irreversible de una molécula o estructura esencial (por ejemplo: el ADN cromosómico o por creación de un daño irreparable en la membrana). Los principales parámetros que permiten medir la inactivación por calor sobre las bacterias son: o Tiempo térmico mortal: es el tiempo mínimo requerido para que mueran todas las bacterias de una determinada suspensión a una determinada temperatura; o Tiempo de reducción decimal: es el tiempo requerido para reducir al 10% la densidad de la suspensión, a una determinada temperatura (también llamado valor D); o Punto térmico mortal: es la temperatura mínima que mata a todas las bacterias en un tiempo determinado (normalmente el tiempo de referencia empleado es de 10 min). Ejemplos de bacterias y su punto térmico mortal Punto térmico mortal Especies 55oC Escherichia coli 60oC Mycobacterium tuberculosis 120oC Endosporas de especies muy resistentes de Bacillus. Estos tres parámetros se emplean frecuentemente en industrias alimentarias, como en las de fabricación de conservas, centrales lecheras, etc. Dependiendo de la temperatura y el tiempo a que se someta un material a tratamiento térmico, se logrará la inactivación parcial de la población microbiana (es decir, queda una fracción de células viables) o bien esterilización (=inactivación total). La inactivación (total o parcial) por calor se debe a la desnaturalización de proteínas y a la fusión de lípidos de membrana, debido a que se rompen muchos enlaces débiles, sobre todo los puentes de hidrógeno entre grupos - C=O y H2-N-. Estos enlaces se rompen más fácilmente por calor húmedo (en atmósfera saturada de vapor de agua), debido a que las moléculas de agua pueden desplazar a los puentes de hidrógeno. Las temperaturas altas pueden aplicarse de dos formas: calor húmedo (con agua) o calor seco. El calor húmedo es mucho más eficiente que el calor seco, ya que este actúa mediante la coagulación de las proteínas celulares, por otro lado el calor seco destruye la célula por la oxidación de agentes químicos de la célula. Formas de aplicación de calor húmedo 1. Vapor a presión Es el calor en forma de vapor saturado a presión, es el agente de esterilización más práctico y más seguro. La autoclave es el instrumento que se utiliza para aplicar vapor a presión regulada. Se aplica a una temperatura de 121°C durante 15 minutos con 20 libras de presión. El autoclave se utiliza para esterilizar substancias, cierto tipo de cristalería y otros. Productos como grasas o aceites no se deben esterilizar en el autoclave pues el vapor no penetra bien.
- 7. 6 2. Tindalización o esterilización fraccionada Algunas substancias no pueden calentarse a temperaturas mayores de 100°C, ya que su composición puede alterarse. Para esos casos se utiliza este método que consiste en calentar el material a 100°C tres días consecutivos con periodos de incubación entre ellos, de manera tal que las substancias vuelven a enfriarse. Esto ayuda a destruir las esporas que estén presentes, ya que germinan en los intervalos de enfriamiento y se destruyen como células vegetativas al subir la temperatura a 100°C. 3. Agua hirviendo Los materiales contaminados que se tratan con agua hirviendo no quedan esterilizados, sólo desinfectados. 4. Pasteurización Es un tratamiento de calor controlado el cual es por debajo de los 100°C. El proceso puede ser de 63°C por 30 minutos, a 71°C por 15 segundos o el proceso con temperaturas extremas que es 141° C por 2 segundos. La pasteurización no destruye todos los organismos. Formas de aplicación de calor seco 1. Horno Es el instrumento usado para la aplicación del calor seco y se usa cuando no se quiere que los materiales queden humedecidos por vapor. 2. Incineración La incineración de materiales destruye los microrganismos. Se usa para esterilizar las agujas de inocular y otros materiales, además es una forma de destruir cadáveres. Contrario al calor, las temperaturas bajas o el frío no desnaturalizan las proteínas. Las bajas temperaturas hacen que la reproducción de los microrganismos se detenga, pero no las mata. Se dice que las temperaturas bajas son microbiostáticas, mientras que las temperaturas altas son microbicidas. Efectos de las bajas temperaturas Refrigeración A temperaturas inferiores a la óptima, la velocidad de crecimiento de los microorganismos disminuye y los periodos de latencia se alargan mucho. A una temperatura de refrigeración (0 - 5º C) los organismos psicrófilos crecen más rápidamente que los mesófilos. Po tanto, la baja temperatura supone un factor de selección de la flora del alimento de gran importancia. Cuando se enfría rápidamente un alimento, muchas de las bacterias mesófilas que normalmente resistirían la temperatura de refrigeración, mueren como consecuencia del «choque de frío». Esto es más frecuente en Gram - negativas que en Gram-positivas. A baja temperatura las rutas metabólicas de los microorganismos se ven alteradas, como consecuencia de su adaptación al frío. Estos cambios metabólicos pueden dar lugar a que se produzcan deterioros diferentes, causados por los mismos microorganismos a diferentes temperaturas. El deterioro de alimentos refrigerados se produce por microorganismos psicrofilos porque, aunque sus velocidades de crecimiento son lentas, los periodos de almacenamiento son muy prolongados.
- 8. 7 Los microorganismos patógenos son, en su mayoría, mesófilos y no muestran crecimiento apreciable, ni formación de toxinas, a temperaturas de refrigeración correctas. Ahora bien, si la temperatura no es controlada rigurosamente puede producirse un desarrollo muy peligroso rápidamente. Congelación La congelación detiene el crecimiento de todos los microorganismos. Los superiores (hongos, levaduras, helmintos) son más sensibles que las bacterias y mueren. A temperaturas más bajas (-30º C) la supervivencia de las bacterias es mayor que en temperaturas de congelación más altas (-2 a -10º C), sin embargo estas temperaturas también deterioran el alimento más que las más bajas. La congelación puede producir lesiones sub letales en los microorganismos contaminantes de un alimento. Este aspecto hay que considerarlo al hacer control microbiológico. Durante la congelación la carga microbiana continúa disminuyendo. Sin embargo, las actividades enzimáticas de las bacterias pueden continuar dando lugar a más deterioro. Tras la congelación los microorganismos supervivientes pueden desarrollarse en un ambiente en el que la rotura de la integridad estructural del alimento como consecuencia de la congelación puede producir un ambiente favorable para el deterioro microbiano. Efecto de las radiaciones Radiaciones ionizantes Aunque la unidad de radiación emitida es el roentgen (R), a efectos biológicos se usan parámetros que miden la energía absorbida por el sistema: las unidades son el rad (100 erg/g) y el gigaray (1Gy = 100 rads). En general, los microorganismos son más resistentes a las radiaciones ionizantes que los seres superiores. Por ejemplo, la dosis de reducción decimal (D10) para las endosporas de ciertas especies de Clostridium es de 2000-3000 Gy. Las células vegetativas de la bacteria Deinococcus radiodurans (observe el nombre específico) es de 2.200 Gy. Otras especies más “normales” poseen una dosis de reducción decimal en torno a 200-600 Gy. Estos datos pueden ser comparados con el valor de sólo 10 Gy como dosis letal para humanos. Las fuentes de radiaciones ionizantes son los aparatos de rayos X, los rayos g y los radioisótopos, como el Co60 o el Cs137. Los efectos de las radiaciones ionizantes son letales, tanto directos como indirectos, así como mutagénicos . Los efectos letales directos se logran a altas dosis de radiación, mientras que los letales indirectos y mutagénicos se consiguen a menores dosis. 1. Efecto letal directo: por impacto de cuantos de radiación ionizante sobre alguna molécula esencial para la vida, que es el ADN (ya que obviamente es absolutamente esencial y suministra una sola copia de la mayoría de los genes bacterianos). Los daños al ADN son, principalmente: roturas en ambas cadenas, y entrecruzamiento entre dichas cadenas, que no puedan repararse.
- 9. 8 2. Efecto mutagénico: deriva de la producción de daños menores al ADN que pueden repararse por mecanismos propensos a error. 3. Efecto letal indirecto: este tipo de efecto es el más importante, y deriva de la radiolisis del agua, que genera hidrógeno naciente (H·) y radical hidroxilo (OH·). El radical hidroxilo reacciona fácilmente con macromoléculas, sobre todo con ADN, provocando roturas en ambas cadenas, lo cual se traduce en efectos de letalidad. Si, además, la bacteria está expuesta al oxígeno mientras se la está irradiando, el efecto es aún más intenso, debido a que el O2 reacciona con los radicales libres, originando cadenas de reacciones deautooxidación, muy destructivas, y promoviendo la formación de peróxidos y epóxidos, asimismo letales. H· + O2 ->·HO2 2 ·HO2 -> H2O2 + O2 Las principales aplicaciones de las radiaciones ionizantes son la esterilización de: Material farmacéutico (antibióticos, hormonas, etc); Material médico-quirúrgico (guantes de cirujano, suturas de nylon, jeringas desechables, agujas, bisturíes, catéteres, prótesis, etc); Alimentos envasados (aunque en algunos países aún sigue abierta la polémica por parte de ciertos grupos sobre la seguridad de este tratamiento). Radiación ultravioleta Es la energía electromagnética emitida a longitudes de onda menores que la correspondiente a la visible por el ojo humano, pero mayor que la que caracteriza a los rayos X, esto es, entre 100 y 360 nm. La radiación de longitud de onda entre 100 y 200 nm se conoce como ultravioleta lejano o de vacío. Comúnmente proviene del sol o de lámparas de descarga gaseosa. La radiación ultravioleta es tan energética, que su absorción por parte de átomos y moléculas produce rupturas de uniones y formación de iones (reacciones fotoquímicas), además de excitación electrónica.
- 10. 9 La radiación ultravioleta es una de las bandas en las que se puede dividir la energía radiante del sol. El espectro de luz ultravioleta se divide en tres fracciones: - Fracción de UVA (315 a 400 nm.) - Fracción de UVB (280 a 315 nm.) -Fracción de UVC (por debajo de los 280 nm.) La radiación ultravioleta entre los 220 y los 300 nm es la que presenta efectos microbiocidas; es decir, destruye virus, bacterias, mohos y otros tipos de microorganismos. No obstante, sólo una muy pequeña cantidad de radiación ultravioleta, inferior a los 295 nm logra alcanzar la superficie terrestre, debido a que es absorbida en la capa de ozono de los estratos superiores de la atmósfera. Por tanto, fundamentalmente son las fracciones A y B las que alcanzan la superficie del planeta, y las longitudes de onda más cortas encontradas en la luz solar a este nivel están incluidas dentro de la región B. Los efectos de muerte celular ocasionados por la luz ultravioleta resultan bastante conocidos, sobre todo en células bacterianas. En algunos casos, esta muerte celular es debida a la inducción por parte de la radiación ultravioleta de dímeros de timidina que interfieren en el proceso de replicación del DNA y causan mutaciones letales. En otros casos, parece que las membranas celulares son afectadas, incrementándose la salida al exterior de iones calcio; y otros blancos moleculares, entre ellos moléculas de RNAm, pueden verse afectados negativamente. Entre los organismos que resultan más expuestos a la radiación solar y, por tanto, también a la región ultravioleta de la misma, se encuentran las bacterias que tienen como hábitat las superficies aéreas de los vegetales. Muchas de estas bacterias, como es el caso de Pseudomonas syringae son patógenas y pueden ocasionar pérdidas económicas importantes en determinados cultivos. El crecimiento como epifito es crítico para la diseminación y patogénesis de P. syringae y para su supervivencia durante el periodo de dormancia del hospedador. Efectos de la desecación La falta de agua detiene los procesos vitales en los microrganismos, por lo cual el crecimiento se detiene. La desecación se logra evaporando el agua presente para lo cual se usa aire caliente. La preservación de alimentos por secado aún se utiliza. Esta técnica tiene un efecto microbiostático, pues detiene el crecimiento bacterial, pero no mata los organismos. De hecho los microrganismos pueden preservase por secado. Cuando se seca junto con congelación el proceso se llama liofilización. La liofilización es la desecación al vacío de una muestra previamente congelada. Aplicada a bacterias, es uno de los métodos que mantiene por más tiempo la viabilidad bacteriana (varios años). Para obtenerla, el cultivo bacteriano se adiciona de leche o suero, se congela sobre nieve carbónica (-78ºC), y se conecta a una bomba de vacío, que provoca la desecación. La eliminación de toda el agua sobre la muestra congelada aumenta la viabilidad de ésta, que se guarda en ampollas cerradas de vidrio a temperatura ambiente, hasta su uso puede ser incluso muchos años después. La desecación al aire (sin vacío) mata a las células vegetativas bacterianas, pero no a las endosporas. La sensibilidad a la desecación varía de una especie a otra. Ejemplos: Mycobacterium tuberculosis (el bacilo tuberculoso) es muy resistente al aire (en ausencia de luz), de ahí que pueda aguantar varios meses a partir de los esputos de enfermos.
- 11. 10 En cambio, el vibrión colérico (Vibrio cholerae) muere expuesto al aire al cabo de sólo dos horas. Las causas de la muerte son, principalmente: El aumento de concentración intracelular de sales, lo que conlleva efectos tóxicos y desnaturalizantes de proteínas. Daños por oxidación. La mayor eficacia de la desecación al aire se logra con 50% de humedad relativa. Efectos de la presión osmótica La pared celular de las bacterias las protege de cambios en la presión osmótica del medio, pero si la presión osmótica externa es mucha, el organismo puede morir; esto sucede si las concentraciones de solutos en el medio en que crece el organismo son extremos. Altas concentraciones de sal interrumpen los procesos de transporte a través de la membrana y desnaturalizan las proteínas. Las células bacterianas y el medio en el cual están suspendidas tienen concentraciones osmóticas independientes (una función de las sustancias en solución). Cuando una célula bacteriana es colocada en un medio, una presión osmótica es ejercida a través de la membrana semipermeable que rodea la célula. Un microorganismo usualmente crece mejor en un medio en el que tiene una concentración osmótica ligeramente más baja que la propia. Esto causa que el agua desemboque en la célula, una condición esencial para la difusión de nutrientes y para la conservación de la presión externa (turgor). Cuando la concentración osmótica del medio es considerablemente más baja que la de la célula (medio hipotónico), la difusión del agua dentro de la célula es excesiva, causando que el turgor incremente. Células tales como los glóbulos rojos, que no están rodeados o delimitados por paredes rígidas pueden estallar o reventarse en tal medio, un fenómeno llamado plasmóptisis. Si la concentración osmótica del medio excede la de la célula, el medio es llamado a ser hipertónico con respecto a la célula. En un medio hipertónico, el agua sale de la célula, y la membrana citoplasmática se encoje y se aleja de la rígida pared celular, una condición llamada plasmólisis.
- 12. 11 Efectos de la presión hidrostática Es la presión que ejerce un líquido en reposo, sobre un cuerpo sumergido dentro de él. Esta presión se origina debido al peso del líquido que actúa sobre el área o superficie del cuerpo. La presión hidrostática afecta a la fisiología y a la bioquímica de las bacterias que viven a grandes profundidades y por tanto a su crecimiento que suele ser más lento al aumentar la presión. La presión hidrostática elevada: Disminuye la capacidad de fijación Enzima-Sustrato Produce interferencias en la síntesis de proteínas Afecta el transporte a nivel membrana Mecanismos de adaptación: Plegamiento especial de las proteínas enzimáticas Mayor proporción de ácidos grasos insaturados en la membrana plasmática Cambios en proteínas estructurales de la pared celular Cambios en las proteínas de transporte En Gram negativas se dan cambios en la composición de proteínas de la membrana externa. Efectos de las ondas sonoras Las ondas sonoras audibles para los humanos poseen un rango de frecuencias entre los 9 kilociclos y los 20 kilociclos/segundo. Por encima de 20 Kc se sitúan las ondas supersónicas (hasta los 200 Kc/seg) y las ultrasónicas (desde 200 hasta 2000 Kc/seg). Estos tipos de ondas de frecuencias superiores a las audibles (sobr e todo las ultrasónicas) tienen el efecto de desintegrar las células. El fundamento de esta acción es el siguiente: el paso del sonido a través de un líquido produce cambios de presión alternantes (por los sucesivos frentes de ondas), que a grandes frecuencias originan cavidades (burbujas de gases disueltos) de unos 10 mm de diámetro (fenómeno de cavitación). Dichas cavidades van aumentando de tamaño y terminan colapsando violentamente, dando lugar a enormes presiones locales (de hasta 1000 atmósferas o 10 Tm/cm2). Las consecuencias del colapso son: La célula se desintegra Si existe oxígeno en el líquido de suspensión, se forman peróxidos (como el H2O2) Despolimerización de macromoléculas Cortes en ambas hebras del ADN Las bacterias son variables en cuanto a su susceptibilidad a las vibraciones sonoras. En general, son más sensibles las Gram-negativas y más resistentes las Gram-positivas. Sin embargo, ante un tratamiento por ultrasonidos siempre cabe la posibilidad de que sobrevivan algunos individuos, por lo que este método no tiene utilidad para la esterilización. El uso habitual de los supra- y ultrasonidos en laboratorio es para la llamada “sonicación” o disrupción ultrasónica de células para obtener extractos celulares, en investigaciones bioquímicas. El tratamiento se realiza en un aparato llamado generador de ultrasonidos o “sonicador”, que opera en un rango de frecuencias desde 9 hasta 100 Kc/seg.
- 13. 12 Factores químicos para el control de microorganismos Fenol y derivados El fenol se adhiere a superficies inertes y proporciona lo que se llama una desinfección residual. Su acción se prolonga por varias horas. Los compuestos de fenol pueden actuar como microbicidas o microbiostáticos dependiendo de la concentración que se utilice. Los fenoles poseen efecto germicida pues dañan la membrana y desnaturalizan las proteínas bacteriales. Uno de los derivados del fenol se llama cresol; éstos tienen un efecto germicida superior al fenol. Los cresoles se usan en jabones líquidos (ej. lysol es un jabón más un cresol). Otro derivado del fenol es el hexaclorofeno, el cual se usa en jabones para las manos (en cirugía y hospitales). Un ejemplo de este último es el Phisohex. El fenol y sus derivados por lo general no matan esporas. Alcoholes Los alcoholes dañan la membrana, desnaturalizan las proteínas, disuelven lípidos y deshidratan la célula. La concentración más efectiva de alcohol es el 70% y los más utilizados son el alcohol etílico e isopropílico. Halógenos Los halógenos actúan sobre los microorganismos oxidando las proteínass y enzimas esenciales. No matan las esporas. Los halógenos más comunmente usados son el cloro y el iodo. 1. El cloro: Es uno de los desinfectantes más usados y es microbicida contra la mayoría de los microorganismos. Se usa para limpiar las aguas contaminadas y se aplica en agua potable. 2. El iodo: Se utiliza comúnmente como un antiséptico y es uno de los mejores que hay para la piel. Se aplica principalmente como tintura de iodo. Es microbicida para la mayoría de los organismos. El iodo también se emplea como iodóforo (compuesto de iodo con otros agentes). Los iodóforos no manchan ni irritan, un ejemplo es el betadine. Metales pesados y sus compuestos La acción antimicrobial de los metales pesados y sus compuestos se debe a la combinación del ión metálico con proteínas y las enzimas del microorganismo, dañando así el sistema. 1. Compuestos de mercurio: Los más importantes de este grupo son los orgánicos como: mercurocromo, metiolato y metafen. Todos estos se usan como antisépticos y son principalmente microbiostáticos. 2. Compuestos de plata: El más que se usa es el nitrato de plata en solución al 1% y se usa en los ojos de los recién nacidos. 3. Compuestos de cobre: El sulfato de cobre se usa para controlar el crecimiento de algas en las piscinas. Tintes Algunos tintes se usan como agentes selectivos en medios de cultivos por su efecto bacteriostático. Ejemplos de estos tintes son el cristal violeta (violeta geneciana), azul de metileno, eosina, verde brillante. Estos tintes inhiben las bacterias Gram+. El modo de acción no está claro, pero se cree que intervienen en los procesos de oxidación celular.
- 14. 13 Jabones y detergentes Un jabón es una sal de sodio o de potasio de un ácido graso. Los agentes que reducen la tensión superficial del agua (surfactantes) y que se emplean principalmente para la limpieza de superficies se llaman detergentes (el jabón es un ejemplo de un detergente). Los detergentes se clasifican en catiónicos, aniónicos y no-iónicos. Los detergentes catiónicos son mejores desinfectantes que los demás. Otro nombre con que se conocen a los detergentes catiónicos son cuaternarios de amonio. Estos son bacteriostáticos a bajas concentraciones y bactericidas a concentraciones mayores. Ejemplos de estos compuestos son el Zephiran y el Roccal, que se usan como antisépticos para la piel, además de usarse para el saneamiento de lecherías y plantas elaboradoras de alimentos. Estos compuestos no matan esporas. Ácidos Hay una serie de ácidos orgánicos que se usan como conservantes en muchos alimentos como el ácido acético, ácido benzoico, ácido láctico, ácido propiónico y ácido sórbico. El ácido baja el pH y esto desnaturaliz a las proteínas. No matan las esporas. Otros factores que afectan a los procariotas ACTIVIDAD DE AGUA REDUCIDA. Los microorganismos requieren la presencia de agua, en una forma disponible, para que puedan crecer y llevar a cabo sus funciones metabólicas. La mejor forma de medir la disponibilidad de agua es mediante la actividad de agua (aw). La aw de un alimento puede reducirse aumentando la concentración de solutos en la fase acuosa de los alimentos mediante la extracción del agua o mediante la adición de solutos. La deshidratación es un método de conservación de los alimentos basado en la reducción de la aw, durante el curado y el salazonado, así como en el almíbar y otros alimentos azucarado son los solutos los que, al ser añadidos, descienden la aw. Un pequeño descenso de la aw es, a menudo, suficiente para evitar la alteración del alimento, siempre que esta reducción vaya acompañada por otros factores antimicrobianos. La mayoría de las bacterias y hongos crece bien a aw entre 0,98 y 0,995; a valores aw más bajos la velocidad de crecimiento y la masa celular disminuyen a la vez que la duración de la fase de latenc ia aumenta hasta llegar al infinito (cesa el crecimiento). Algunos tipos de microorganismos son capaces de crecer en condiciones de alto contenido de sal (Baja aw). Dependiendo de la capacidad de supervivencia a baja aw se denominan osmófilos, xerófilos y halófilos (según va aumentando su requerimiento de sal). La baja aw reduce también la tasa de mortalidad de las bacterias: una baja aw protege los microorganismos durante tratamientos térmicos. PH y acidez En general, la presencia de ácidos en el alimento produce una drástica reducción de la supervivencia de los microorganismos. Los ácidos fuertes (inorgánicos) producen una rápida bajada del pH externo, aunque su presencia en la mayoría de los alimentos es inaceptable. Los ácidos orgánicos débiles son más efectivos que los inorgánicos en la aciclificación del medio intracelular; se supone que esto ocurre porque es más fácil su difusión
- 15. 14 a través de la membrana celular en su forma no disorciada (lipofílica) y posteriormente se disocian en el interior de la célula inhibiendo el transporte celular y la actividad enzimática. La mayoría de los microorganismos crecen a pH entre 5 y 8, en general de hongos y las levaduras son capaces de crecer a pH más bajos que las bacterias. Puesto que la acidificación del interior celular conduce a la pérdida del transporte de nutrientes, los microorganismos no pueden generar más energía de mantenimiento y, a una velocidad variable según las especies, se produce la muerte celular. Potencial redox (reducción-oxidación) Se piensa que el potencial redox es un importante factor selectivo en todos los ambientes, incluidos los alimentos, que probablemente influye en los tipos de microorganismos presentes y en su metabolismo. El potencial redox indica las relaciones de oxígeno de los microorganismos vivos y puede ser utilizado para especificar el ambiente en que un microorganismo es capaz de generar energía y sintetizar nuevas células sin recurrir al oxígeno molecular: los microorganismos aerobios requieren valores redox positivos y los anaerobios negativos. Cada tipo de microorganismo sólo puede vivir en un estrecho rango de valores redox. Ácidos orgánicos La actividad antimicrobiana de un ácido orgánico o de su éster se debe a las moléculas no disociadas de este compuesto, porque esta forma molecular es la más soluble en las membranas celulares, por esto sólo los ácidos orgánicos lipofílicos tienen actividad antimicrobiana. Estos compuestos inhiben el crecimiento de los microorganismos o los matan por interferir con la permeabilidad de la membrana celular al producir un desacoplamiento del transporte de substratos y el transporte de electrones de la forforilación oxiclativa. Como consecuencia de esto las bacterias no pueden obtener energí a y mueren. La mayoría de los ácidos orgánicos resultan poco eficaces como inhibidores del crecimiento bacteriano a los pH de 5.5 a 5.8, y son más eficaces a altas concentraciones y pH más bajos. (Cuando el estado disociado del ácido es más infrecuente). Su empleo más frecuente es como micostáticos. De todos los ácidos el más efectivo es el acético. Sales de curado y substancias análogas. Las sales de curado son el cloruro sódico y los nitratos o nitritos de sodio y potasio; estos productos modifican el alimento base en el color, aromas, textura y sensibilidad al crecimiento microbiano. A las concentraciones y bajo las condiciones corrientemente utilizadas, los agentes de curado no causan una destrucción microbiana rápida; más bien retrasan o previenen el desarrollo de los microorganismos perjudiciales de los productos sin tratar por el calor y el de los termotolerantes no esporulados y evitan el desarrollo de las esporas que sobreviven al tratamiento térmico más drástico aplicado a ciertos productos curados. Se desconoce el mecanismo exacto de la inhibición de las bacterias por el nitrito que, aunque no previene la germinación de las esporas, evita su desarrollo.
- 16. 15 Gases como conservadores. Diversos gases y vapores naturales o artificiales destruyen o inhiben los microorganismos. El nitrógeno y el oxígeno se usan con frecuencia en el envasado y almacenamiento de los alimentos pero su fin primario no es la inhibición de los microorganismos; diversos gases son poderosos biocidas y se han utilizado con éxito en la desinfección de hospitales, establos y compartimentos de barcos o como fumigantes del suelo, pero no se han aplicado a los alimentos. El CO2 inhibe el crecimiento de microorganismos sobre los alimentos con eficiencia creciente cuanto más desciende la temperatura. Este efecto se manifiesta tanto en bacterias como en hongos por un incremento de la fase de latencia y del tiempo de generación durante la fase logarítmica. Su mecanismo de inhibición no se conoce con claridad, aunque se debe a la presencia del CO2 (y quizá a la formación de ácido carbónico) y no a la ausencia de oxígeno. Los mohos y las levaduras son alga más resistentes al CO2 que las bacterias (las Gram-negat ivas más sensibles que las Gram-positivas). La actividad antimicrobiana del dióxido de azufre está relacionada con la forma molecular no ionizadas: no se conoce un modo de acción, aunque este gas es muy reactivo y probablemente interacciona con muchos componente celulares. Su acción tóxica es selectiva: las bacterias son más resistentes que los mohos y las levaduras, por la que este gas se emplea frecuentemente como antifúngico. El óxido de etileno resulta muy tóxico para los microorganismos y su actividad está relacionada c on su acción como agente alquilante. Los mohos y levaduras son más sensibles que las bacterias y estas que las esporas.
- 17. 16 Conclusiones Cabral Brandon: En este trabajo práctico logramos desarrollar habilidades con el uso del microscopio al realizar las observaciones de los distintos tejidos de células procariotas y bacterias que se pueden realizar. González Lesly: Debido a que las procariotas son muy pequeña, sufren todo cambio ambiental el cual las afecta más que a los humanos, animales y plantas. A lo largo del tiempo las procariotas han pasado por miles de cambios ambientales, y ellas han ido evolucionando para su mejor adaptación y desarrollo en el medio ambiente. La manera que más les gusta vivir es en los pHs muy ácidos o muy alcalinos y reproduciéndose en temperaturas de 100ºC o más. Diversos factores ambientales como la radiación, el pH, los desinfectantes o antisépticos y la temperatura. No todos estos microorganismos pueden desarrollarse con las mismas condiciones. Hernández Nayelli: Está aceptado que las células procariotas del dominio Archaea fueron las primeras células viva, hasta ahora se ha venido considerando más el crecimiento de las bacterias, sin embargo hay que darnos cuenta de que los factores ambientales son una parte importante tanto que estos pueden modificar la velocidad y el tiempo del crecimiento pero dichos factores pueden causar la muerte al microorganismo como se ve cuando al fijar estos , nos permite tener un control sobre su crecimiento pero no todos los microorganismos son iguales y no todos toleran los mismos tratos si así se puede decir. Hernández Alan: Las diversas condiciones y factores del ambiente tienen un gran efecto en las bacterias debido a su tamaño microscópico; estos factores alteran su crecimiento, su metabolismo, estructura y pueden “matarlas ” si se encuentran en valores excesivos o menores o los requeridos. Debido a esto, ha sido necesario que las bacterias se adapten a las diversas condiciones que presentan los ambientes en los que se desarrollan para poder sobrevivir bajo determinadas condiciones. En cambio, las bacterias que no se adaptan o cuyo ambiente comienza a presentar condiciones muy diferentes a las normales, mueren y depositan esporas en el medio en el que se encuentran. Es importante conocer los diversos factores que afectan a las bacterias, ya que así es posible cultivarlas correctamente en medios artificiales sin que su metabolismo cambie drásticamente. Jiménez Fabiola: Se ha dado a conocer que a las células procariotas los cambios de ambiente las afectan mucho más rápido que a otras células, los procariotas han venido estando sometidas a diversas presiones ambientales, y han respondido evolutivamente creando numerosos mecanismos de adaptación. Se ha visto que los factores modifican la velocidad de sus crecimientos en los cuales intervienen la temperatura radiaciones entre otros. Al igual que se a sabido que no todos los microorganismos de este tipo resiste a los cambios de ambiente. Lagunas Itzel: Las células procariotas se caracterizan por no tener un núcleo definido, estas sufren los cambios ambientales de una manera más directa y rápida a diferencia de los organismos pluricelulares. Los factores ambientales influyen en la vida de las células, en ciertas condiciones pueden frenar su crecimiento o causar su muerte, aunque ciertos organismos aceptan condiciones más extremas. Lira Vanessa: A causa de los cambios ambientales que se dan en el planeta las células procariotas llevan con ellas estos cambios también de una manera más rápida y directa que algunas otras células. Es importante reconocer el tipo de cambio que estas van teniendo e igual los efectos que sucede con ellas porque así podemos
- 18. 17 tener más conocimiento de las células y también saber el por qué les sucedió tal cambio. Ya que conforme el tiempo y cambio del medio ambiente las células procariotas han estado en ellos como a la presión del medio ambiente y también como estas han creado una adaptación hacia el medio ambiente. Cabe destacar que de igual manera es importante saber por qué este tipo de células influyen en los factores ambientales. Mata Lucero: Debido a las condiciones con las que cuentan todas las procariotas son mucho más inestables y sufren cambios muy notorios dependiendo los medios ambientales en los que se encuentren. Los principales cambios que sufren podrían ser: su tamaño, velocidad de crecimiento, su distribución, su reproducción, entre otros. Es muy importante que cuidemos con lujo de detalles el medio en el que nos encontramos al tener presente una procariota ya que podríamos obtener los resultados no deseados por cualquier cosa que no coincida con sus condiciones de crecimiento. Meléndez Araceli: En si la radiación pueden ser agudos, que aparecen corto tiempo después de la exposición a la radiación, o crónicos, que aparecen a menudo muchos años después de recibir la exposición. También pueden clasificarse en somáticos, genéticos, si afectan a las células germinales y dan lugar a efectos en la descendencia de los individuos irradiados, o teratogénicos, si afectan al feto durante la gestación. De un modo general, pueden dividirse en efectos estocásticos, que ocurren al azar, por lo que no tienen umbral y su efecto puede aparecer independientemente de la dosis recibida en la actualidad los efectos de la radiación son a un grado mayor lo que ha hecho que algunos seres vivos cambien para adaptarse a otro tipo de ambiente como las bacterias.
- 19. 18 Bibliografía González A., (2010). ACCIÓN DE LOS AGENTES FÍSICOS SOBRE LAS BACTERIAS. Noviembre 6, 2014, de UNNE. Recuperado de: http://www.biologia.edu.ar/microgeneral/micro-ianez/17_micro.htm#letal Iáñez E., (2009). EFECTO DE LOS FACTORES AMBIENTALES SOBRE LOS PROCARIOTAS. Noviembre 6, 2014, de URG. Recuperado de: http://www.ugr.es/~eianez/Microbiologia/index.htm