Las bacterias entéricas son ejemplos de Gram-negativas mientras que las bacterias lácticas son ejemplos de Gram-positivas
MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL
Introducción
La Microbiología Industrial trata de utilizar microorganismos para que produzcan compuestos o realicen funciones que sean útiles desde un punto de vista aplicado. Comprende el cultivo de microorganismos para su propia producción como alimento y para la producción y transformación de fármacos, alimentos, disolventes orgánicos, etc.
Para poder utilizar microorganismos en procesos aplicados debemos conocer los principios básicos del funcionamiento celular y del cultivo controlado de microorganismos. Para cada producto o transformación concreta será necesario, además, determinar qué microorganismo es el más adecuado para llevarlo a cabo.
En este capítulo revisaremos algunos aspectos básicos para el estudio de los procesos de producción que estudiaremos en capítulos siguientes.
2.- Tipos de organización celular
Los seres vivos pueden agruparse en tres grandes grupos que se separaron en épocas evolutivas muy antiguas: bacterias, arqueas y eucarias. Bacterias y arqueas presentan un tipo de organización celular conocida como procariótica porque en ellas el material genético no está separado del resto del citoplasma por una membrana nuclear (son células sin núcleo), mientras que los organismos pertenecientes al grupo de eucaria presentan un núcleo diferenciado del resto de la célula y, por tanto, su organización celular se denomina eucariótica.
La teoría evolutiva establece que todos los seres vivos (procarióticos y eucarióticos) derivan de un antepasado común cuyos descendientes fueron divergiendo a lo largo de la evolución. Mediante técnicas de biología molecular ha sido posible ir estableciendo las relaciones familiares entre los diferentes grupos de organismos de forma que pueden representarse en esquemas que relacionan los grupos entre sí. Estos esquemas se conocen generalmente con el nombre de árboles universales de la vida.
Los organismos más relevantes desde el punto de vista industrial y aplicado pertenecen al grupo de bacterias y eucarias. Dentro de las bacterias se encuentran la mayoría de los organismos patógenos, un gran número de productores de substancias de interés aplicado (antibióticos, por ejemplo) y productores y agentes alterantes de alimentos. Dentro de los eucarias nos encontramos los animales, plantas y hongos (las levaduras unicelulares y los hongos filamentosos). Hay algunas arqueas que participan en procesos de interés aplicado (organismos metanógenos, por ejemplo). Aunque su número es reducido, probablemente se irá incrementando en el futuro conforme se profundice en el estudio de este tipo de microorganismos.
En esta presentación hemos dejado de un lado los virus por ser estructuras acelulares que sólo desarrollan actividad biológica cuando se encuentran en el interior de una célula a la que infectan y por su escasa relevancia en microbiología industrial (dejando a un lado su efecto negativo sobre ciertos cultivos industriales).
El estudio de la organización interna de las células procarióticas y eucarióticas cae fuera de las posibilidades de este curso y los conceptos básicos deben ser repasados por los alumnos.
3.- Estructura de la pared celular
La estructura de la pared celular de las bacterias permite distinguir dos grandes grupos: las bacterias Grampositivas (cuya pared celular contiene una sola membrana, una gruesa capa de peptidoglicano y ácidos teicoicos, Fig. 1A) y las bacterias Gram-negativas (cuya pared celular tiene dos membranas ligeramente diferentes que delimitan un espacio periplásmico en el que se encuentra una delgada capa de peptidoglicano, y que presentan lipopolisacáridos en el exterior, Fig. 1B)
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Las diferencias estructurales entre las
paredes celulares de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas son responsables de
diferente sensibilidad a antibióticos y de diferencias en su capacidad de exportar
proteínas al exterior de la célula. Las bacterias entéricas son ejemplos de Gram-negativas mientras que las bacterias lácticas son ejemplos de Gram-positivas |
Las células eucarióticas pueden tener pared que recubra su membrana. Esto ocurre en los hongos y en las plantas. Sin embargo, la estructura de esta pared es diferente a la de las bacterias. Una diferencia esencial es que los eucariontes no tienen peptidoglicano en su pared celular. Las enzimas que sintetizan el peptidoglicano son dianas específicas para antibióticos activos frente a bacterias pero son inactivos frente a eucarias (por ejemplo, las penicilinas y cefalosporinas).
4.- Membranas biológicas
Las membranas biológicas son unas estructuras esenciales para el mantenimiento de la integridad celular y para el correcto funcionamiento de los procesos biológicos. Desempeñan dos fuciones esenciales: (1) son barreras de permeabilidad que separan diferentes compartimentos celulares, y (2) son un soporte que permite mantener ordenados los componentes celulares para que puedan funcionar correctamente.
Las membranas biológicas son impermeables al agua, compuestos polares y compuestos cargados. Para que este tipo de compuestos entre o salga de la célula o de los compartimentos intracelulares son necesarios canales de paso específicos. Las moléculas apolares, sin embargo, sí pueden atravesar las membranas biológicas.
Las barreras de permeabilidad permiten mantener concentraciones diferentes de iones o moléculas a ambos lados de una membrana biológica. Esta diferencia de concentraciones (que se suele denominar gradiente de concentración) da lugar a la existencia de una energía potencial que puede ser transformada en la energía química necesaria para el funcionamiento de los procesos biológicos.
Por tanto, los agentes químicos que destruyen las membranas biológicas son letales para las células ya que destruyen los gradientes que son la base de muchos procesos biológicos y desordenan los componentes celulares al destruir el soporte en el que se encuentran.