ECOLOGÍA MICROBIANA

1. ECOLOGÍA MICROBIANA María Cecilia Arango Jaramillo

2. Microbiología del ambiente o Ecología microbiana: Estudio de las interrelaciones entre los microorganismos, entre ellos con otros organismos y con el ambiente que los rodea María Cecilia Arango Jaramillo

3. Los microbios son las criaturas más minúsculas en la tierra, pero tienen un impacto enorme en nosotros y en nuestro ambiente: • Están en cualquier lugar de nuestro entorno: suelo, agua y aire. • Son los que están en mayor número y poseen la mayor capacidad para efectuar cambios en cualquier ecosistema María Cecilia Arango Jaramillo

4. La ecología microbiana es compleja debido a la múltiples interacciones de los microorganismos. María Cecilia Arango Jaramillo

5. CARACTERÍSTICAS DE LOS ECOSISTEMAS MICROBIANOS María Cecilia Arango Jaramillo

6. Características de los ecosistemas microbianos: Capacidad de los microorganismos para transformar el ambiente Adaptación y mutación de los microorganismos Tamaño del hábitat Suministro de alimento Diversidad de especies microbianas Dinámica de poblaciones Asociaciones microbianas en ecosistemas María Cecilia Arango Jaramillo

7. La naturaleza y la gran magnitud de las actividades metabólicas de los microorganismos  Producen importantes cambios en el ambiente Capacidad de los microorganismos para transformar el ambiente María Cecilia Arango Jaramillo

8. Cambios iniciales: Transformación del sustrato  Agotamiento de alimentos  Elaboración de productos finales Los microorganismos que participan en el primer nivel de cambio  productos inadecuados para su utilización posterior  Otros microorganismos los utilizan  reponen los nutrientes María Cecilia Arango Jaramillo

9. Características de los microorganismos para desarrollar su actividad de transformación ambiental: Área grande en contacto con el sustrato que facilita la acción enzimática (Volumen/área) Rápido índice de desarrollo Gran capacidad de los diferentes microorganismos para degradar todos los compuestos naturales en el ambiente María Cecilia Arango Jaramillo

10. Adaptación y mutación La supervivencia y el crecimiento de una especie dentro de una comunidad biológica requieren Capacidad para ajustarse a las condiciones ambientales cambiantes. María Cecilia Arango Jaramillo

11. Genotipo: La información genética de cada individuo Fenotipo:La expresión del genoma afectada por el medio ambiente Los microorganismos se acomodan a los cambios temporales del ambiente Mediante la adaptación fenotípica: Respuesta del microorganismo a cambios temporales  Está limitada por el genotipo. María Cecilia Arango Jaramillo

12. Las condiciones ambientales determinan que diferentes tipos genéticos de microorganismos puedan competir con otros  Sólo los mejor ajustados pueden sobrevivir María Cecilia Arango Jaramillo

13. Muchos microorganismos pueden crecer a lo largo de una amplia gama de temperaturas. Su efectividad metabólica no es la misma a las temperaturas extremas. La capacidad adaptativa está entre los límites del genotipo. Óptima Número de individuos Temperatura María Cecilia Arango Jaramillo

14. Cuando sucece un cambio físico o químico como: Teminación del alimento Cambios drásticos de temperatura o pH Las condiciones se hacen más favorables para otra especie La primera dejará su lugar a la mejor adaptada María Cecilia Arango Jaramillo

15. Bacterias Número relativo de microorganismos Ciliados vida libre Zooflagelados Fitoflagelados Tiempo Ciliados fijos Sarcodina Suctoria Acción selectiva de los factores ambientales sobre las poblaciones de microorganismos Predominio relativo de microorganismos de un lote de desperdicios orgánicos(modificado de Pelczar, 1982) Sucesión ecológica María Cecilia Arango Jaramillo

16. La capacidad de un microorganismo de adaptarse al ambiente es hereditaria , pero el estado fenotípico que resulta de la adaptación, puede no ser heredado. La adaptación puede ser: Evolutiva Fenotípica o fisiológica María Cecilia Arango Jaramillo

17. Esta adaptación incluye los cambios del genotipo por selección Estos cambios se producen por: Mutación espontánea Intercambio genético bacteriano 1. Adaptación evolutiva María Cecilia Arango Jaramillo

18. Hay oportunidades para un cambio en el genotipo como resultado de una mutación. El mutante es un organismo cambiado permanentemente. Si es capaz de prosperar en el ambiente, el mutante se perpeturará, de lo contrario perecerá. • Mutación espontánea 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 A A A T G G A T T G C T A María Cecilia Arango Jaramillo

19. Intercambio genético bacteriano Los cambios genotípicos en las células también se efectúan por el intercambio de genes bacterianos en la naturaleza • Transformación • Transducción • Conjugación María Cecilia Arango Jaramillo

20. Se produce entre bacterias que viven en el epiliton, o película gelatinosa que recubre las rocas sumergidas de los ríos Transferencia génica mediante transducción. Transducción: un bacteriófago se adhiere a una bacteria y le inyecta su ADN Robert V. Miller, Scientifican american,1998 María Cecilia Arango Jaramillo

21. Robert V. Miller, Scientifican american,1998 María Cecilia Arango Jaramillo

22. Transferencia de plásmidos por conjugación • En las bacterias gram-negativas, una célula donadora establecen contacto con una célula receptora mediante un pili, facilitando así el acercamiento de las dos bacterias • Se forma un puente (poro) entre las dos células. Robert V. Miller, Scientifican amarican,1998 María Cecilia Arango Jaramillo

23. Robert V. Miller, Scientifican amarican,1998 María Cecilia Arango Jaramillo

24. En la bacterias gram-positivas la conjugación es similar. Pero, para atraerse, las bacterias no utilizan pili sino señales químicas. María Cecilia Arango Jaramillo

25. Transferencia de genes por transformación • Las células absorben ADN libre liberado por una bacteria muerta. • El ADN es atrapado e introducido por un complejo proteínico en la superficie de la bacteria. • Enzimas degradan una de las dos cadenas de la molécula. • La otra cadena puede acabar integrándose en el cromosoma de la bacteria María Cecilia Arango Jaramillo

26. También puede ocurrir en bacterias gram-negativas a través de un mecanismo distinto. Transformación en una bacteria gram-positiva Robert V. Miller, Scientifican amarican,1998 María Cecilia Arango Jaramillo

27. Robert V. Miller, Scientifican amarican,1998 http://193.146.205.151/web/articulos/articulos.htm María Cecilia Arango Jaramillo

28. Es la respuesta de los organismos a los cambios temporales Esta adaptación o ajuste se da entre los límites del genotipo 2. Adaptación fisiológica o fenotípica María Cecilia Arango Jaramillo

29. En altas temperaturas todos los microorganismos pierden sus flagelos y esta condición permanece por varias generaciones Cuando son incubados a temperatura normal, recuperan los flagelos Ocurren en todos los individuos de una población expuestos al cambio María Cecilia Arango Jaramillo

30. Genoma fijo en ambiente variable Genoma variable en ambiente fijo Genoma variable en ambiente variable Interacciones genoma - ambiente María Cecilia Arango Jaramillo

31. La adaptación en este caso es fisiológica o fenotípica Los microorganismos deben adaptarse a la variabilidad de las condiciones para sobrevivir Genoma fijo en ambiente variable • Microorganismos capaces de crecer en un medio mínimo a temperatura moderada • pueden crecer a temperaturas elevadas si se les proporcionan factores de crecimiento adicionales María Cecilia Arango Jaramillo

32. Genoma variable en ambiente fijo Adaptación genética : Los factores ambientales no cambian, el genoma es el factor variable: Por mutación espontánea o inducida Por intercambio genético María Cecilia Arango Jaramillo

33. Genoma variable en ambiente variable Es una adaptación evolutiva La supervivencia de los microorganismos mejor adaptados a los cambios permiten la selección de un genoma más que otro. Las mutaciones y el intercambio de genes intervienen en la adaptación La naturaleza selecciona los mejor adaptados María Cecilia Arango Jaramillo

34. Dinámica de poblaciones Un tipo de microorganismos prospera en su ambiente sólo mientras las condiciones son favorables para su crecimiento y supervivencia. María Cecilia Arango Jaramillo

35. Un cambio físico o químico: agotamiento de nutrientes cambio en el pH o temperatura concentración de oxígeno  hace las condiciones de crecimiento más favorables para otra especie  el organismo adaptado a las condiciones que prevalecían antes, cede su lugar a un organismo mejor adaptado a las nuevas. María Cecilia Arango Jaramillo

36. Las condiciones ambientales tienen efecto selectivo sobre las poblaciones microbianas. María Cecilia Arango Jaramillo

37. Son de diferentes tamaños: Una laguna o un estanque La rizosfera Microhábitats dentro de ellos donde una comunidad se establezca La boca o los dientes de los animales El rumen de los herbívoros Un tronco caído La localización y delimitación de los hábitats microbianos no siempre son fáciles de precisar Tamaño del hábitat María Cecilia Arango Jaramillo

38. En los hábitats naturales la cantidad de alimento es mucho menor que en medios de laboratorio Suministro de alimento • Los cambios en la naturaleza química y en la composición de los materiales nutritivos tienen influencia selectiva en la microbiota María Cecilia Arango Jaramillo

39. Además, una especie puede depender de otra para la transformar los sustratos en alimento disponible o degradar sustancias tóxicas Como la concentración de nutrientes fluctúa, resultan alzas y bajas en el desarrollo María Cecilia Arango Jaramillo

40. Diversidad de especies microbianas • Los microbios nos rodean por todas partes: aire, agua, suelo. 1 gramo de suelo fértil  contiene 1.000.000.000 microbios  miles de especies. María Cecilia Arango Jaramillo

41. Muchos años de evolución han creado una impresionante e inimaginablediversidad de microbios. María Cecilia Arango Jaramillo

42. A pesar de su abundancia: • La mayoría de los tipos de microbios siguen siendo desconocidos. Se estima que conocemos menos el de 1 % de las especie microbianas en la tierra. • De más de un millón de especies de bacterias que se sospecha que existen, solo cerca de 4200 están descritas. María Cecilia Arango Jaramillo

43. Las transformaciones químicas realizadas por consorcios de microorganismos no pueden determinarse recopilando las propiedades bioquímicas de cada especie en cultivo puro  Esto se debe a ocurren varios tipos de interacción entre especies, que no se dan en cultivo puro. Microorganismos en ambiente natural raramente se encuentran en cultivos puros. María Cecilia Arango Jaramillo

44. Los microorganismos de un ecosistema presentan asociaciones e interacciones : Entre microorganismos Entre microorganismos y de organismos superiores. Asociaciones microbianas en ecosistemas María Cecilia Arango Jaramillo

45. Neutralismo, 0/0: Dos organismos tan diferentes que no compitan por alimento ni se inhiben aunque ocupen el mismo espacio Es muy difícil que dos poblaciones de microorganismo que estén en contacto íntimo no se afecten Entre microorganismos diferentes: María Cecilia Arango Jaramillo

46. Los organismos que se establecen el mismo nicho ecológico  Necesitan los mismos alimentos y condiciones ambientales  tienen gran influencia entre sí  El mejor adaptado predomina o elimina completamente a los otros Competencia, -/-: María Cecilia Arango Jaramillo

47. Las colonias que en una placa están muy juntas compiten por alimento y espacio En las fermentaciones lácticas al principio hay muchos tipos de bacterias pero al final predominan una o dos María Cecilia Arango Jaramillo

48. En cobayos Entamoeba histolytica es incapaz de producir amebiasis clínica cuando Escherichia coli está presente María Cecilia Arango Jaramillo

49. Antibiosis: Una mixobacteria aislada de un estanque de peces lisa muchas especies de algas verdeazules unicelulares o filamentosas y otras bacterias. Pseudomonas aeruginosa produce pigmentos que inhiben la germinación de Aspergillus terreus Staphylococcus aureus produce sustancias antifúngicas que causan alteraciones e hinchazón en las hifas de Aspergillus terreus Antagonismo, +/-:¿un caso de competencia? María Cecilia Arango Jaramillo

50. Lactobacillus produce y tolera condicianes marcadas de acidez Otros microorganismos no son capaces de desarrollarse en las condiciones establecidas por los lactobacilos Escherichia coli y Staphylococcus aureus crecen bien en cultivo puro pero cuando crecen juntas, S. aureus crece menos, porque E. coli tiene un tiempo de generación más corto y agota rápidamente los nutrientes María Cecilia Arango Jaramillo