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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