Bacterias Para El Uso Indistrial.docx

BACTERIAS PARA EL USO INDUSTRIAL 1

ÍNDICE TITULO………………………………………………… pág.1 ÍNDICE………………………………………………… pág. 2 DEDICATORIA……………………………………….. pág. 3 INTRODUCCIÓN…………………………………….. pág. 4 OBJETIVOS………………………………………….. …pág. 5 Objetivo general………………………………………pág. 5 Objetivo específico………………………………….pág. 5 MARCO TEÓRICO………………………………………Pág. 6 Bacterias de uso industrial………..…………….Pág.6 y 7 Biotecnología microbiana……………………… ….pág.7 y 8 Características de los microorganismos industriales… pág. 9 Los microorganismos en la industria alimentaria………pág. 10, 11, 12, 13, 14 y 15 IMPORTANCIA……………………………………………pág. 16

CONCLUSIONES…………………………………………Pág. 17

BIBLIOGRAFÍA……………………………………………..pág. 17

2

DEDICATORIA

Esta monografía es el resultado del esfuerzo conjunto de todos los que formamos el grupo de trabajo. Por esto agradecemos a Dios por darnos la vida y por iluminarnos siempre por el buen camino; también, agradecer a la profesora María Lidia por darnos el presente trabajo de investigación para que de esta manera nosotros podamos conocer a profundidad sobre la importancia que tiene el tema de las bacterias acerca de uso en la parte industrial. Finalmente agradecer a nuestros Padres, quienes a lo largo de nuestra vida nos han apoyado y motivado nuestra formación académica, creyeron en todo momento en nosotros sin dudar de nuestras habilidades.

3

INTRODUCCIÓN. Las bacterias están presentes en nuestro planeta desde hace millones de años y continuarán estándolo si el ser humano desaparece de su superficie. Sin ellas, la vida en nuestro planeta no existiría. El papel de las bacterias en la industria es muy diverso, según la óptica con la que se analice su impacto. En la mayoría de las ocasiones, no somos conscientes de la importancia de las bacterias en la industria actual y cómo estas han ayudado al desarrollo del ser humano como especie y a la aparición de nuevos productos, así como la transformación de otros. Así, su utilización es esencial para producir alimentos como los productos lácteos. Debido a sus extraordinarios ritmos de producción, las bacterias son “fábricas” ideales para producir biomoléculas. Se les ha sometido a ingeniería genética a fin de obtener determinadas vacunas, hormona del crecimiento humana, insulina y muchos otros compuestos de importancia clínica. Alrededor de 50% de la insulina administrada para tratar a los diabéticos proviene de bacterias transgénicas. Los investigadores se encuentran en el proceso de desarrollar bacterias genéticamente manipuladas para elaborar muchos otros productos de utilidad médica.

4

II. 2.1.

OBJETIVOS : GENERAL:

Dar a conocer la importancia que tiene la presencia y la utilización de los diferentes grupos de microorganismos en los usos industriales. 2.2.

ESPECÍFICAS:

Mejorar la calidad de vida de las personas. Mejorar la calidad de productos para el consumo de la población. Crear nuevos productos para el consumo de la población

5

III.

MARCO TEÓRICO.

BACTERIAS DE USO INDUSTRIAL: La mayoría de los microorganismos no tienen

uso industrial pero de los microorganismos que se aíslan de la naturaleza se seleccionan aquellos que fabrican uno o más productos de interés específicos, si bien los microorganismos que se utilizan en la industria han sido aislados de la naturaleza por métodos tradicionales, estos son modificados mucho antes de ingresar a la industria. Estas modificaciones se pueden llevar a cabo genéticamente ya sea por mutaciones o por recombinaciones y tienen por objeto obtener una especialización metabólica elevada para aumentar el rendimiento en metabolitos particulares.

Los microorganismos industriales pueden presentar propiedades pobres de desarrollo, pérdida de capacidad de esporulación y propiedades celulares y bioquímicas alteradas. Aunque estas cepas pueden desarrollarse muy bien en las condiciones altamente especializadas del fermentador industrial, pueden presentar un crecimiento pobre en los ambientes naturales muy competitivos. Aunque la fuente de todas las cepas industriales es el ambiente natural, a medida que los procesos industriales se han ido perfeccionando a través de los años, diversas cepas industriales se han ido depositando en colecciones de cultivo en distintos países. Cuando se patenta un nuevo proceso industrial se debe dejar una cepa capaz de llevar a cabo ese proceso en una colección de cultivos reconocida.

Los ambientes capaces de albergar vida microbiana son muy variados. Se han encontrado especies que viven a temperaturas comprendidas entre el punto de congelación del agua y el punto de ebullición, en agua salada y dulce, en presencia y en ausencia de aire. Algunos han desarrollado ciclos de vida que incluyen una fase de latencia en respuesta a la falta de nutrientes: en forma de esporas permanecen inactivos durante años hasta que el medio ambiente, más favorable, permita el desarrollo de las células. Los microorganismos se hallan capacitados para acometer una extensa gama de reacciones metabólicas y adaptarse así a muchas fuentes de nutrición. Versatilidad que hace posible el que las fermentaciones industriales se basen en nutrientes baratos.

Hay varias colecciones de cultivos que sirven como almacén de cultivos microbianos. Si bien estas colecciones de cultivos pueden servir como una fuente 6

accesible de cultivos, la mayor parte de las empresas industriales se rehúsan a depositar en las colecciones de cultivo sus mejores cepas. Entre las especies bacterianas de interés industrial están las bacterias del ácido acético, Gluconobacter y Acetobacter que pueden convertir el etanol en ácido acético. El género Bacillus es productor de antibióticos (gramicidina, bacitracina, polimixina), proteasas e insecticidas. Del género Clostridium cabe destacar Clostridium acetobutylicum que puede fermentar los azúcares originando acetona y butanol. Las bacterias del ácido láctico incluyen, entre otras, las especies de los géneros Streptococcus y Lactobacillus que producen yogur. Corynebacterium glutamicum es una importante fuente industrial de lisina. El olor característico a tierra mojada se debe a compuestos volátiles (geosmina) producidos por Streptomyces aunque su principal importancia radica en la producción de antibióticos como anfotericina B, kanamicina, neomicina, estreptomicina.

3. 1. BIOTECNOLOGÍA MICROBIANA: Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos" Existen

una

serie

de

características

que

comparten

todos

los

microorganismos y que suponen ciertas ventajas para su uso en la industria. La más fundamental, el pequeño tamaño de la célula microbiana y su correspondiente alta relación de superficie a volumen. Esto facilita el rápido transporte de nutrientes al interior de la célula y permite, por consiguiente, una elevada tasa metabólica. Así, la tasa de producción de proteína en las levaduras es varios órdenes de magnitud superior que en la planta de soja, que, a su vez, es 10 veces más alta que en el ganado. Esta velocidad de biosíntesis

microbiana

extremadamente

alta

permite

que

algunos

microorganismos se reproduzcan en tan solo 20 minutos (Escherichia coli).

Es el campo de la microbiología orientado a la producción de elementos de interés industrial mediante procesos en los cuales intervenga, en algún paso, 7

un microorganismo. Por ejemplo, la producción de: alimentos (fermentación del vino, pan o cerveza) y suplementos (como los cultivos de algas, vitaminas o aminoácidos), biopolímeros, como el xantano, alginato, celulosa, ácido hialurónico, polihidroxialcanatos, biorremediación de entornos contaminados o tratamiento de desechos; así como la producción de principios activos de interés en medicina, como la insulina y hormona del crecimiento o de sustancias implicadas en el diagnóstico, como las Taq polimerasas empleadas en PCR cuantitativa. No obstante, durante el siglo XX su aplicación se diversificó con el ánimo de generar un gran número de compuestos químicos complejos de forma más sencilla y barata que mediante síntesis orgánica; este hecho se debe a la enorme versatilidad metabólica de los microorganismos que, frecuentemente, son capaces de producir los compuestos deseados o sus precursores. Por ejemplo, la microbiología industrial ha sido clave en la producción de penicilinas, ya naturales, como la penicilina G (esto es, producidas de forma totalmente microbiológica), ya semisintéticas, como la meticilina, que requieren la purificación de un intermediario que luego ha de modificarse química o enzimáticamente. Finalmente, la tecnología del ADN recombinante ha permitido, con un enfoque de ingeniería genética, diversificar aún más la disciplina,

llegando

a

producirse

proteínas

humanas

mediante

microorganismos transformados con genes humanos.

8

IV. CARACTERISTICAS DE LOS MICROORGANISMOS INDUSTRIALES. Existen una serie de características que comparten todos los microorganismos y que suponen ciertas ventajas para su uso en la industria.  El pequeño tamaño de la célula microbiana y su correspondiente alta relación de superficie a volumen. Esto facilita el rápido transporte de nutrientes al interior de la célula y permite, por consiguiente, una elevada tasa metabólica  Los ambientes capaces de albergar vida microbiana son muy variados. Se han encontrado especies que viven a temperaturas comprendidas entre el punto de congelación del agua y el punto de ebullición, en agua salada y dulce, en presencia y en ausencia de aire.  Algunos han desarrollado ciclos de vida que incluyen una fase de latencia en respuesta a la falta de nutrientes: en forma de esporas permanecen inactivos durante años hasta que el medio ambiente, más favorable, permita el desarrollo de las células.  Los microorganismos se hallan capacitados para acometer una extensa gama de reacciones metabólicas y adaptarse así a muchas fuentes de nutrición.  Un microorganismo de uso industrial debe producir la sustancia de interés; debe estar disponible en cultivo puro; debe ser genéticamente estable y debe crecer en cultivos a gran escala.  Otra característica importante es que el microorganismo industrial crezca rápidamente y produzca el producto deseado en un corto período de tiempo.  El microorganismo debe también crecer en un ambiente relativamente barato debe ser un medio de cultivo disponible en grandes cantidades.  Además, un microorganismo industrial no debe ser patógeno para el hombre o para los animales o plantas.  Las bacterias industriales deben ser de fácil separación del medio de cultivo. Los microorganismos industriales más favorables para esto son aquellos de mayor tamaño celular (hongos filamentosos, levaduras y bacterias filamentosas) ya que estas células sedimentan más fácilmente que las bacterias unicelulares e incluso son más fáciles de filtrar.

9

a. Los microorganismos en la industria alimentaria.

Los microorganismos que realizan fermentación láctica (bacterias y algunos hongos) son utilizados industrialmente para la obtención del queso y otros productos lácteos; los que realizan fermentación alcohólica (levaduras) son utilizados para la obtención del vino, cerveza y otras bebidas alcohólicas.  Fermentaciones lácticas: fabricación del queso: La elaboración del queso y otros productos lácteos, como yogurth, cuajada y requesón, se debe fundamentalmente a las bacterias lácticas (Lactobacillus, Streptococus y Leuconostoc) , que se desarrollan en la leche. Hidrolizan el azúcar de la leche, la lactosa, en glucosa; por fermentación, la glucosa se degrada liberando energía (los 2 ATP de la glucolisis) y como producto final se obtiene ácido láctico.Las técnicas de fabricación del queso y de las leches fermentadas son muy antiguas y se cree que nacieron como un medio de conservar la leche, ya que el ácido láctico actúa como un conservante natural, evitando, por el pH ácido que origina en la leche, que se desarrollen en ella microorganismos patógenos. La elaboración del queso se lleva a cabo en tres etapas:

Adición a la leche de renina, también llamada cuajo, una enzima que se extrae del estómago de los rumiantes. En combinación con el ácido láctico producido por las bacterias lácticas, la renina provoca la precipitación de las proteínas lácticas formando un producto sólido, la cuajada, que se separa posteriormente del componente líquido, el suero lácteo. Separación de la cuajada del suero mediante un proceso de filtración. La filtración se realiza haciendo pasar el suero a través de telas limpias. A continuación, se añade sal a la cuajada.

Maduración del queso. Según el tipo de queso, en esta etapa final intervienen otras bacterias responsables del sabor y el olor propios de cada 10

variedad de queso. En algunas variedades de queso también intervienen hongos, como el Penicilliurn roquefortü responsable del color, olor y sabor característicos del queso de roquefort.  Los microorganismos en la industria farmacéutica

La industria farmacéutica ha utilizado siempre diferentes organismos para obtener

medicamentos.

Actualmente

se

realizan

campañas

de

experimentación de productos obtenidos a partir de diferentes seres de los océanos o de las selvas. Uno de los peligros de la pérdida de la biodiversidad

es

que

desaparezcan

organismos

que

podrían

proporcionarnos nuevos remedios contra diferentes enfermedades.

Los medicamentos más importantes producidos por microorganismos son los antibióticos, sustancias químicas que matan o inhiben el crecimiento de otros microorganismos y que han reducido la peligrosidad de muchas enfermedades infecciosas.

Los antibióticos comercialmente útiles están producidos, sobre todo, por hongos filamentosos y por algunas bacterias. Algunos antibióticos inhiben la síntesis de la pared celular de las bacterias: es el grupo de las penicilinas. Otros interfieren en la síntesis de proteínas de las bacterias; entre ellos destacan la estreptomicina y las tetraciclinas. La investigación de los antibióticos se centra ahora en comprender su mecanismo de acción para construir derivados artificiales que sean más eficaces. Este tipo de antibióticos se denominan “antibióticos semisintéticos”. En esta tarea de diseñar medicamentos se utilizan métodos de simulación por ordenador que permiten predecir la eficacia de una determinada molécula. Una vez identificado un compuesto prometedor, hay que sintetizarlo y ensayarlo clínicamente.

11

En la siguiente relación vemos algunos de los antibióticos más habituales, su espectro de utilización y su modo de acción:

Ampicilina: Bacterias gram + y gram -. Interfiere síntesis de pared celular. Bacitracina: Bacterias gram +. Interfiere síntesis de pared celular. Cefalosporina C: Bacterias gram +. Interfiere síntesis de pared celular. Penicilina G: Bacterias gram +.Interfiere síntesis de pared celular. Cloranfenicol: Amplio espectro. Interfiere síntesis de proteínas. Tetraciclina: Amplio espectro. Interfiere síntesis de proteínas. Estreptomicina: Bacterias gram +

y gram -. Interfiere síntesis de

proteínas. Eritromicina: Bacterias gram +

y Rickettsias. Interfiere síntesis de

proteínas.

La producción de vitaminas ocupa un segundo puesto en las ventas totales de las industrias farmacéuticas. Algunas vitaminas se sintetizan artificialmente; sin embargo, otras (B12, riboflavina) son demasiado complicadas para su síntesis química y se obtienen a partir de cultivos de microorganismos.

En la actualidad comienza a utilizarse un gran número de bacterias obtenidas por ingeniería genética para producir proteínas de utilidad farmacéutica. Por ejemplo, antes las personas diabéticas debían inyectarse insulina procedente de animales, lo que provocaba algunos casos de alergia. Hoy se transfiere el gen humano de la insulina a cepas de bacterias para que la produzcan en gran cantidad en fermentadores. Análogamente se fabrican hemoglobina, factores de coagulación sanguínea, hormona de crecimiento o interferones; y se insertan en bacterias genes de virus para que produzcan grandes cantidades de proteínas víricas que luego sirven como vacunas. En investigación básica,

12

utilizando estas técnicas podemos estudiar, incluso, las proteínas minoritarias de las células.

La enorme cantidad de dinero que se mueve en el ámbito de los medicamentos y la farmacia ha desarrollado un gran interés por este campo de la biotecnología. Con ello se ha popularizado el concepto de “patente génica” por el que los investigadores o corporaciones biomédicas registran sus descubrimientos para poder comercializarlos en exclusiva durante un tiempo y así amortizar sus enormes también inversiones. Más allá de la lógica del proceso económico, esta práctica puede llevar a incrementar las desigualdades entre países más desarrollados y otros más pobres, que no podrían acceder a todos los recursos farmacéuticos.  Los microrganismos en la industria química Tecnologías más limpias. Las “biotecnologías blancas” buscan reemplazar las tecnologías contaminantes en procesos industriales disminuyendo a la vez la emisión de residuos. Por ejemplo, las tecnologías enzimáticas permiten reemplazar o reducir la utilización de sustancias químicas agresivas con el ambiente en procesos más limpios y seguros. Biorremediación. Consiste en la utilización de microorganismos, enzimas, bacterias

o plantas especializados capaces de degradar

desechos peligrosos para remover los contaminantes orgánicos (efluentes y residuos sólidos domésticos e industriales, petróleo, pesticidas, etc.), inorgánicos (mercurio, plomo, cobre, cianuros, etc.) y gaseosos (metanos, compuestos volátiles, etc.) del medio ambiente. A partir de la modificación genética es posible incrementar su capacidad de degradación de los contaminantes.

13

 La biotecnología y la energía:

Un área de gran relevancia y rápido desarrollo de la biotecnología es la producción de energía a partir de recursos renovables (biomasa) para generar fuentes de energías limpias, base de un desarrollo sustentable. Entre los combustibles de origen biológico se encuentran:  Bioetanol. El bioetanol se obtiene a partir de la fermentación de la biomasa. La producción biotecnológica de etanol se basa en la acción fermentativa de las levaduras sobre un sustrato adecuado. Se ha empleado la ingeniería genética para obtener microorganismos más productivos y tolerantes al etanol, o capaces de fermentar diferentes materias primas.  Biodiesel. El biodiesel se produce por transformación química de aceites vegetales. El biodiesel es un combustible formado por ésteres (etílicos o metílicos) producidos a partir de la reacción química entre aceites vegetales y el alcohol. El biodiesel puede usarse sólo o mezclado con biodiesel convencional.  Biogas. El gas producido por la digestión microbiana de la materia orgánica en un biorreactor (o biodigestor) pueden ser utilizado como fuente de energía térmica, eléctrica o como combustible para transporte automotor. El proceso fermentativo (biodigestión) se desarrolla sobre residuos rurales, agro-industriales, domésticos, municipales y sobre plantas. Una vez finalizado el proceso de biodigestión, el biogás puede usarse directamente o almacenarse tanto para consumo doméstico como para generar energía eléctrica. También puede purificarse y ser almacenado para su utilización en el encendido de motores de automóviles.  La biotecnología y la química:

14

La biotecnología se puede utilizar para reemplazar la síntesis química por microorganismos capaces de realizar la secuencia de reacciones necesarias entre el sustrato y el producto final. La fermentación es utilizada corrientemente en procesos de producción farmacéutica, agroquímica, de aditivos alimentarios, aminoácidos, vitaminas y enzimas. Además, el mejoramiento de las cepas industriales por ingeniería genética permite aumentar la eficiencia de los procesos biotecnológicos y obtener productos nuevos.

Los biotecnólogos han focalizado su atención sobre productos clásicos de la industria química como los plásticos. Los plásticos convencionales representan un problema ambiental desde el momento en que son obtenidos a partir de combustibles fósiles y no son biodegradables. Por esto

la

búsqueda

se

ha

orientado

al

desarrollo

de

plásticos

biodegradables a partir de materias primas renovables, derivadas de plantas y bacterias (plásticos a partir de almidón, bacterias o plantas modificadas genéticamente).

15

V.

IMPORTANCIA:

Actualmente las bacterias que se han d importantísimas aplicaciones, utilizándolos en productos químicos, para la limpieza de vertidos de petróleo en el mar. También se utilizan para la eliminación de residuos tóxicos o, incluso, para reciclado de basura. Llegados a este punto, la clave está en que, esas pequeñas desconocidas, no sólo son una parte vital de nuestra existencia, sino que, además, son una fuente inagotable de nuevos recursos que el hombre puede utilizar para su presente y para su futuro.

16

VI.

CONCLUSIONES

En conclusión las bacterias industriales, gracias al ser humano, la evolución y, sobre todo, a partir del trabajo de investigación de muchas personas y personajes a lo largo de la historia, se descubrió la importancia de estas en los procesos vitales y en otros muchos que se empiezan a conocer. Además, gracias a estos descubrimientos, el hombre pudo entender algunos de los mecanismos por los que las bacterias aparecen y se reproducen, y fue capaz de utilizar esa información, procesarla y aplicarla para su estudio en laboratorios y, a partir de ahí, obtener resultados que ayudarán al propio ser humano. En la mayoría de las ocasiones, no somos conscientes del valor que tienen las bacterias en la industria actual y cómo éstas han ayudado al desarrollo del ser humano como especie y a la aparición de nuevos productos, así como la transformación de otros. Así, su utilización es esencial para producir alimentos como los productos lácteos, diferentes tipos de salsas, vinagres, vinos. Así también como la penicilina no se hubiera descubierto si las bacterias no hubieran estado presentes en la investigación.

17

VII.

BIBLIOGRAFÍA

http://www.importancia.org/bacterias-en-la-industria.php https://es.wikipedia.org/wiki/Microbiolog%C3%ADa_industrial http://www.unavarra.es/genmic/micind-2.htm

18