Diversidad Procariota
El advenimiento de la secuenciación del ADN proporcionó una inmensa comprensión de las relaciones y los orígenes de los procariotas que no eran posibles utilizando los métodos tradicionales de clasificación. Una idea importante identificó dos grupos de procariotas que se encontraron tan diferentes entre sí como lo eran de los eucariotas. Este reconocimiento de la diversidad procariota obligó a una nueva comprensión de la clasificación de toda la vida y nos acercó a comprender las relaciones fundamentales de todos los seres vivos, incluidos nosotros mismos.
Vida temprana en la tierra
¿Cuándo y dónde comenzó la vida? ¿Cuáles eran las condiciones en la Tierra cuando comenzó la vida? Los procariotas fueron las primeras formas de vida en la Tierra, y existieron durante miles de millones de años antes de que aparecieran las plantas y los animales. La Tierra tiene aproximadamente 4.54 billones de años. Esta estimación se basa en la evidencia de la datación del material de meteoritos, ya que las rocas superficiales en la Tierra no son tan antiguas como la Tierra misma. La mayoría de las rocas disponibles en la Tierra han sufrido cambios geológicos que las hacen más jóvenes que la Tierra misma. Algunos meteoritos están hechos del material original en el disco solar que formó los objetos del sistema solar, y no han sido alterados por los procesos que alteraron las rocas en la Tierra. Por lo tanto, la edad de los meteoritos es un buen indicador de la edad de la formación de la Tierra. La estimación original de 4.54 mil millones de años fue obtenida por Clare Patterson en 1956. Su trabajo meticuloso ha sido corroborado por edades determinadas por otras fuentes, todas las cuales apuntan a una edad de la Tierra de aproximadamente 4.54 mil millones de años.
La Tierra primitiva tenía una atmósfera muy diferente de la que tiene hoy. La evidencia indica que durante los primeros 2 mil millones de años de existencia de la Tierra, la atmósfera era anóxica, lo que significa que no había oxígeno. Por lo tanto, solo aquellos organismos que pueden crecer sin oxígeno (organismos anaeróbicos) pudieron vivir. Los organismos que convierten la energía solar en energía química se llaman fotótrofos. Los organismos fototróficos que requerían una fuente orgánica de carbono aparecieron dentro de mil millones de años de la formación de la Tierra. Luego, las cianobacterias, también conocidas como algas verdeazuladas, evolucionaron a partir de estos fotótrofos simples mil millones de años después. Las cianobacterias pueden usar dióxido de carbono como fuente de carbono. Las cianobacterias comenzaron la oxigenación de la atmósfera. El aumento en la concentración de oxígeno permitió la evolución de otras formas de vida.
| Estas aguas termales en el Parque Nacional de Yellowstone fluyen hacia el primer plano. Las cianobacterias en la primavera son verdes, y a medida que el agua fluye por el gradiente de calor, la intensidad del color aumenta porque aumenta la densidad celular. El agua es más fría en los bordes de la corriente que en el centro, lo que hace que los bordes se vean más verdes. |
Antes de que la atmósfera se oxigenara, el planeta fue sometido a una fuerte radiación; así, los primeros organismos habrían florecido donde estaban más protegidos, como en las profundidades del océano o debajo de la superficie de la Tierra. En este momento, también, la actividad volcánica fuerte era común en la Tierra, por lo que es probable que estos primeros organismos, los primeros procariotas, se hayan adaptado a temperaturas muy altas. Estos no son los ambientes templados típicos en los que la mayoría de la vida florece hoy; por lo tanto, podemos concluir que los primeros organismos que aparecieron en la Tierra probablemente pudieron soportar condiciones duras.
Las esteras microbianas pueden representar las primeras formas de vida en la Tierra, y existe evidencia fósil de su presencia, comenzando hace unos 3.500 millones de años. Una estera microbiana es una biopelícula grande, una lámina de procariotas (a) de varias capas, que incluye principalmente bacterias, pero también arqueas. Las alfombrillas microbianas tienen unos centímetros de grosor y, por lo general, crecen en superficies húmedas. Sus diversos tipos de procariotas llevan a cabo diferentes rutas metabólicas y, por esta razón, reflejan varios colores. Los procariotas en una estera microbiana se mantienen unidos por una sustancia gomosa que secretan.
Las primeras esteras microbianas probablemente obtuvieron su energía de los respiraderos hidrotermales. Una ventilación hidrotermal es una fisura en la superficie de la Tierra que libera agua calentada geotérmicamente. Con la evolución de la fotosíntesis hace unos 3.000 millones de años, algunos procariotas en esteras microbianas llegaron a utilizar una fuente de energía más ampliamente disponible, la luz solar, mientras que otros aún dependían de los productos químicos de los respiraderos hidrotermales para la alimentación.
| (a) Esta esterilla microbiana crece sobre un respiradero hidrotermal en el Océano Pacífico. Las chimeneas como la indicada por la flecha permiten que los gases escapen. (b) Esta foto muestra estromatolitos que tienen casi 1.500 millones de años, encontrados en el Parque Nacional Glacier, Montana. |
Las esteras microbianas fosilizadas representan el primer registro de vida en la Tierra. Una estromatolita es una estructura sedimentaria formada cuando los minerales son precipitados del agua por los procariotas en una esterilla microbiana (b). Los estromatolitos forman rocas en capas hechas de carbonato o silicato. Aunque la mayoría de los estromatolitos son artefactos del pasado, hay lugares en la Tierra donde todavía se están formando estromatolitos. Por ejemplo, se han encontrado estromatolitos vivos en el Parque Estatal del Desierto Anza-Borrego en el condado de San Diego, California.
Algunos procariotas pueden prosperar y crecer en condiciones que matarían a una planta o animal. Las bacterias y las arqueas que crecen en condiciones extremas se llaman extremófilos, que significa "amantes de los extremos". Se han encontrado extremófilos en entornos extremos de todo tipo, incluidas las profundidades de los océanos, aguas termales, el Ártico y la Antártida, lugares muy secos, en el interior de la Tierra, entornos químicos hostiles y entornos de alta radiación. Los extremófilos nos dan una mejor comprensión de la diversidad procariota y abren la posibilidad del descubrimiento de nuevos fármacos terapéuticos o aplicaciones industriales. También han abierto la posibilidad de encontrar vida en otros lugares del sistema solar, que tienen entornos más hostiles que los que se encuentran típicamente en la Tierra. Muchos de estos extremófilos no pueden sobrevivir en ambientes moderados.
Biopelículas
Hasta hace un par de décadas, los microbiólogos pensaban que los procariotas eran entidades aisladas que vivían separadas. Sin embargo, este modelo no refleja la verdadera ecología de los procariotas, la mayoría de los cuales prefiere vivir en comunidades donde pueden interactuar. Una biopelícula es una comunidad microbiana unida en una matriz con textura gomosa, que consiste principalmente en polisacáridos secretados por los organismos, junto con algunas proteínas y ácidos nucleicos. Las biopelículas crecen unidas a las superficies. Algunas de las biopelículas mejor estudiadas están compuestas de procariotas, aunque también se han descrito biopelículas fúngicas.
Las biopelículas están presentes en casi todas partes. Causan la obstrucción de las tuberías y colonizan fácilmente las superficies en entornos industriales. Han desempeñado papeles en brotes recientes de contaminación bacteriana de alimentos a gran escala. Las biopelículas también colonizan las superficies del hogar, como mostradores de cocina, tablas de cortar, lavabos e inodoros.
Las interacciones entre los organismos que pueblan una biopelícula, junto con su entorno protector, hacen que estas comunidades sean más robustas que las procariotas de vida libre o planctónicas. En general, las biopelículas son muy difíciles de destruir, ya que son resistentes a muchas de las formas comunes de esterilización.
Características de los procariotas.
Existen muchas diferencias entre las células procariotas y eucariotas. Sin embargo, todas las células tienen cuatro estructuras comunes: una membrana plasmática que funciona como una barrera para la célula y la separa de su entorno; citoplasma, una sustancia gelatinosa dentro de la célula; material genético (ADN y ARN); y ribosomas, donde tiene lugar la síntesis de proteínas. Los procariotas vienen en varias formas, pero muchos se dividen en tres categorías: cocos (esféricos), bacilos (en forma de barra) y espirillas (en forma de espiral).
| Muchos procariotas se dividen en tres categorías básicas según su forma: (a) cocos, o esféricos; (b) bacilos, o en forma de barra; y (c) espirilla, o en forma de espiral. |
La célula procariota
Recuerde que los procariotas son organismos unicelulares que carecen de orgánulos rodeados de membranas. Por lo tanto, no tienen un núcleo, sino que tienen un solo cromosoma, un trozo de ADN circular ubicado en un área de la célula llamada nucleoide. La mayoría de los procariotas tienen una pared celular que se encuentra fuera de la membrana plasmática. La composición de la pared celular difiere significativamente entre los dominios Bacteria y Archaea (y sus paredes celulares también difieren de las paredes celulares eucariotas que se encuentran en plantas y hongos). La pared celular funciona como una capa protectora y es responsable de la forma del organismo. Algunas otras estructuras están presentes en algunas especies procariotas, pero no en otras. Por ejemplo, la cápsula que se encuentra en algunas especies permite que el organismo se adhiera a las superficies y lo protege de la deshidratación. Algunas especies también pueden tener flagelos (singular, flagelo) utilizados para la locomoción, y pili (singular, pilus) utilizados para la unión a las superficies y a otras bacterias para la conjugación. Los plásmidos, que consisten en pequeñas piezas circulares de ADN fuera del cromosoma principal, también están presentes en muchas especies de bacterias.
 |
| Se muestran las características de una célula bacteriana típica. |
Tanto las bacterias como las arqueas son tipos de células procariotas. Se diferencian en la composición lipídica de sus membranas celulares y en las características de sus paredes celulares. Ambos tipos de procariotas tienen las mismas estructuras básicas, pero están construidas a partir de diferentes componentes químicos que evidencian una antigua separación de sus linajes. La membrana plasmática arqueal es químicamente diferente de la membrana bacteriana; Algunas membranas arqueadas son monocapas lipídicas en lugar de bicapas de fosfolípidos.
La pared celular
La pared celular es una capa protectora que rodea algunas células procariotas y les da forma y rigidez. Se encuentra fuera de la membrana celular y evita la lisis osmótica (estallido causado por el aumento de volumen). Las composiciones químicas de las paredes celulares varían entre Archaea y Bacterias, así como entre especies bacterianas. Las paredes celulares bacterianas contienen peptidoglucano, compuesto de cadenas de polisacáridos reticuladas a péptidos. Las bacterias se dividen en dos grupos principales: Gram-positivas y Gram-negativas, según su reacción a un procedimiento llamado tinción de Gram. Las diferentes respuestas bacterianas al procedimiento de tinción son causadas por la estructura de la pared celular. Los organismos grampositivos tienen una pared gruesa que consta de muchas capas de peptidoglucano. Las bacterias gramnegativas tienen una pared celular más delgada compuesta de unas pocas capas de peptidoglucano y estructuras adicionales, rodeadas por una membrana externa.
 |
| Las bacterias se dividen en dos grupos principales: Gram-positivas y Gram-negativas. Ambos grupos tienen una pared celular compuesta de peptidoglicanos: en las bacterias Gram-positivas, la pared es gruesa, mientras que en las bacterias Gram-negativas, la pared es delgada. En las bacterias Gram negativas, la pared celular está rodeada por una membrana externa. |
¿Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera?
- Las bacterias grampositivas tienen una única pared celular formada a partir de peptidoglucano.
- Las bacterias grampositivas tienen una membrana externa.
- La pared celular de las bacterias Gram-negativas es gruesa, y la pared celular de las bacterias Gram-positivas es delgada.
- Las bacterias gramnegativas tienen una pared celular hecha de peptidoglicano, mientras que las bacterias grampositivas tienen una pared celular hecha de fosfolípidos.
Las paredes celulares de las arqueas no contienen peptidoglucano. Hay cuatro tipos diferentes de paredes celulares arcaicas. Un tipo está compuesto de pseudopeptidoglicano. Los otros tres tipos de paredes celulares contienen polisacáridos, glucoproteínas y proteínas de la capa superficial conocidas como capas S.
Reproducción
La reproducción en procariotas es principalmente asexual y se realiza por fisión binaria. Recuerde que el ADN de un procariota existe generalmente como un solo cromosoma circular. Los procariotas no sufren mitosis. Por el contrario, el bucle cromosómico se replica y las dos copias resultantes unidas a la membrana plasmática se separan a medida que la célula crece en un proceso llamado fisión binaria. El procariota, ahora agrandado, se pellizca hacia adentro en su ecuador, y las dos células resultantes, que son clones, se separan. La fisión binaria no brinda una oportunidad para la recombinación genética, pero los procariotas pueden alterar su composición genética de tres maneras.
La fisión binaria como forma de reproducción no brinda una oportunidad para la recombinación genética y una mayor variabilidad genética. Sin embargo, los procariotas pueden alterar su composición genética mediante tres mecanismos para obtener ADN exógeno. En un proceso llamado transformación, la célula absorbe el ADN que se encuentra en su entorno y que es arrojado por otros procariotas, vivos o muertos. Un patógeno es un organismo que causa una enfermedad. Si una bacteria no patógena absorbe ADN de un patógeno e incorpora el nuevo ADN en su propio cromosoma, también puede volverse patógeno. En la transducción, los bacteriófagos, los virus que infectan a las bacterias, mueven el ADN de una bacteria a otra. Las arqueas tienen un conjunto diferente de virus que los infecta y transloca el material genético de un individuo a otro. Durante la conjugación, el ADN se transfiere de un procariota a otro por medio de un pilus que pone a los organismos en contacto entre sí. El ADN transferido suele ser un plásmido, pero también se pueden mover partes del cromosoma.
Los ciclos de fisión binaria pueden ser muy rápidos, del orden de minutos para algunas especies. Este corto tiempo de generación junto con mecanismos de recombinación genética dan como resultado una rápida evolución de los procariotas, lo que les permite responder a los cambios ambientales (como la introducción de un antibiótico) muy rápidamente.
Cómo los procariotas obtienen energía y carbono
Los procariotas son organismos metabólicamente diversos. Los procariotas llenan muchos nichos en la Tierra, incluida la participación en ciclos de nutrientes como los ciclos de nitrógeno y carbono, la descomposición de organismos muertos y el crecimiento y la multiplicación dentro de los organismos vivos, incluidos los humanos. Diferentes procariotas pueden usar diferentes fuentes de energía para ensamblar macromoléculas a partir de moléculas más pequeñas. Los fotótrofos obtienen su energía de la luz solar. Los quimiotróficos obtienen su energía de compuestos químicos.
Enfermedades bacterianas en humanos
Las devastadoras enfermedades y plagas transmitidas por patógenos, tanto de naturaleza viral como bacteriana, han afectado y continúan afectando a los humanos. Vale la pena señalar que todos los procariotas patógenos son bacterias; No se conocen arqueas patógenas en humanos ni en ningún otro organismo. Los organismos patógenos evolucionaron junto con los humanos. En el pasado, la verdadera causa de estas enfermedades no se entendía, y algunas culturas pensaban que las enfermedades eran un castigo espiritual o estaban equivocadas sobre causas materiales. Con el tiempo, las personas se dieron cuenta de que mantenerse separados de las personas afectadas, mejorar el saneamiento y desechar adecuadamente los cadáveres y las pertenencias personales de las víctimas de enfermedades reducían sus propias posibilidades de enfermarse.
Perspectiva historica
Existen registros de enfermedades infecciosas que se remontan a 3.000 a. C. Se han documentado varias pandemias importantes causadas por bacterias durante varios cientos de años. Algunas de las pandemias más grandes llevaron al declive de ciudades y culturas. Muchas fueron zoonosis que aparecieron con la domesticación de animales, como en el caso de la tuberculosis. Una zoonosis es una enfermedad que infecta a los animales pero puede transmitirse de los animales a los humanos.
Las enfermedades infecciosas siguen siendo una de las principales causas de muerte en todo el mundo. Su impacto es menos significativo en muchos países desarrollados, pero son determinantes importantes de la mortalidad en los países en desarrollo. El desarrollo de antibióticos hizo mucho para disminuir las tasas de mortalidad por infecciones bacterianas, pero el acceso a los antibióticos no es universal, y el uso excesivo de antibióticos ha llevado al desarrollo de cepas resistentes de bacterias. Los esfuerzos de saneamiento público que eliminan las aguas residuales y proporcionan agua potable limpia han hecho tanto o más que los avances médicos para prevenir las muertes causadas por infecciones bacterianas.
En 430 a. C., la peste de Atenas mató a una cuarta parte de las tropas atenienses que luchaban en la Gran Guerra del Peloponeso. La enfermedad mató a una cuarta parte de la población de Atenas en más de 4 años y debilitó el dominio y el poder de Atenas. La fuente de la peste pudo haberse identificado recientemente cuando los investigadores de la Universidad de Atenas pudieron analizar el ADN de los dientes recuperados de una fosa común. Los científicos identificaron secuencias de nucleótidos de una bacteria patógena que causa la fiebre tifoidea.
Desde 541 a 750 d.C., un brote llamado peste de Justiniano (probablemente una peste bubónica) eliminó, según algunas estimaciones, de un cuarto a la mitad de la población humana. La población en Europa disminuyó en un 50 por ciento durante este brote. La peste bubónica diezmaría Europa más de una vez.
Una de las pandemias más devastadoras fue la Peste Negra (1346 a 1361), que se cree que fue otro brote de peste bubónica causada por la bacteria Yersinia pestis. Esta bacteria es transportada por pulgas que viven en ratas negras. La Peste Negra redujo la población mundial de unos 450 millones a unos 350 a 375 millones. La peste bubónica golpeó nuevamente a Londres a mediados del siglo XVII. Todavía hay aproximadamente de 1,000 a 3,000 casos de peste a nivel mundial cada año. Aunque contraer la peste bubónica antes de los antibióticos significó una muerte casi segura, la bacteria responde a varios tipos de antibióticos modernos, y las tasas de mortalidad por peste ahora son muy bajas.
Staphylococcus aureus, a menudo llamado "estafilococo", es una bacteria común que puede vivir dentro y sobre el cuerpo humano, que generalmente se puede tratar fácilmente con antibióticos. Sin embargo, una cepa muy peligrosa ha sido noticia en los últimos años. Esta cepa, Staphylococcus aureus resistente a meticilina (MRSA), es resistente a muchos antibióticos de uso común, como meticilina, amoxicilina, penicilina y oxacilina. Si bien las infecciones por MRSA han sido comunes entre las personas en los centros de salud, es más frecuente en personas sanas que viven o trabajan en grupos densos (como el personal militar y los presos). El Journal of the American Medical Association informó que, entre las personas afectadas por MRSA en centros de salud, la edad promedio es de 68 años, mientras que las personas con "MRSA asociado a la comunidad" (CA-MRSA) tienen una edad promedio de 23 años.
| Esta micrografía electrónica de barrido muestra la bacteria Staphylococcus aureus resistente a la meticilina, comúnmente conocida como MRSA. |
En resumen, la sociedad enfrenta una crisis de antibióticos. Algunos científicos creen que después de años de estar protegidos de las infecciones bacterianas por antibióticos, podemos estar regresando a un momento en que una simple infección bacteriana podría devastar nuevamente a la población humana. Los investigadores están trabajando en el desarrollo de nuevos antibióticos, pero pocos están en proceso de desarrollo de medicamentos, y lleva muchos años generar un medicamento efectivo y aprobado.
Enfermedades transmitidas por los alimentos
Los procariotas están en todas partes: colonizan fácilmente la superficie de cualquier tipo de material, y la comida no es una excepción. Los brotes de infección bacteriana relacionados con el consumo de alimentos son comunes. Una enfermedad transmitida por los alimentos (coloquialmente llamada "intoxicación alimentaria") es una enfermedad que resulta del consumo de alimentos contaminados con bacterias patógenas, virus u otros parásitos. Aunque los Estados Unidos tienen uno de los suministros de alimentos más seguros del mundo, el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) informó que "76 millones de personas se enferman, más de 300,000 son hospitalizadas y 5,000 estadounidenses mueren cada año por enfermedades transmitidas por los alimentos". . ”3
Las características de las enfermedades transmitidas por los alimentos han cambiado con el tiempo. En el pasado, era relativamente común escuchar sobre casos esporádicos de botulismo, la enfermedad potencialmente mortal producida por una toxina de la bacteria anaerobia Clostridium botulinum. Una lata, frasco o paquete creó un ambiente anaeróbico adecuado donde Clostridium podría crecer. Los procedimientos adecuados de esterilización y envasado han reducido la incidencia de esta enfermedad.
La mayoría de los casos de enfermedades transmitidas por los alimentos ahora están vinculados a productos contaminados por desechos animales. Por ejemplo, ha habido brotes graves relacionados con los productos asociados con la espinaca cruda en los Estados Unidos y con brotes de vegetales en Alemania (Figura 13.8). El brote de espinacas crudas en 2006 fue producido por la bacteria E. coli cepa O157: H7. La mayoría de las cepas de E. coli no son particularmente peligrosas para los humanos (de hecho, viven en nuestro intestino grueso), pero O157: H7 es potencialmente mortal.
| (a) Los brotes de vegetales cultivados localmente fueron la causa de un brote europeo de E. coli que mató a 31 personas y enfermó a unas 3.000 en 2010. (b) Aquí se muestra Escherichia coli en una micrografía electrónica de barrido. La cepa de E. coli que causó un brote mortal en Alemania es nueva y no está involucrada en ningún brote anterior de E. coli. Ha adquirido varios genes de resistencia a antibióticos y secuencias genéticas específicas involucradas en la capacidad de agregación y virulencia. Recientemente ha sido secuenciado. |
CONEXIÓN PROFESIONAL: Epidemiólogo
La epidemiología es el estudio de la ocurrencia, distribución y determinantes de la salud y la enfermedad en una población. Por lo tanto, está relacionado con la salud pública. Un epidemiólogo estudia la frecuencia y distribución de enfermedades en poblaciones y ambientes humanos.
Los epidemiólogos recopilan datos sobre una enfermedad en particular y rastrean su propagación para identificar el modo original de transmisión. A veces trabajan en estrecha colaboración con historiadores para tratar de comprender la forma en que una enfermedad evolucionó geográficamente y con el tiempo, rastreando la historia natural de los patógenos. Recopilan información de historias clínicas, entrevistas con pacientes y cualquier otro medio disponible. Esa información se utiliza para desarrollar estrategias y diseñar políticas de salud pública para reducir la incidencia de una enfermedad o para prevenir su propagación. Los epidemiólogos también realizan investigaciones rápidas en caso de un brote para recomendar medidas inmediatas para controlarlo.
Los epidemiólogos suelen tener una educación de posgrado. Un epidemiólogo a menudo tiene una licenciatura en algún campo y una maestría en salud pública (MPH). Muchos epidemiólogos también son médicos (y tienen un MD) o tienen un doctorado en un campo asociado, como biología o epidemiología.
Procariotas beneficiosos
No todos los procariotas son patógenos. Por el contrario, los patógenos representan solo un porcentaje muy pequeño de la diversidad del mundo microbiano. De hecho, nuestra vida y toda la vida en este planeta no sería posible sin procariotas.
Procariotas, y Alimentos y Bebidas
De acuerdo con el Convenio de las Naciones Unidas sobre la Diversidad Biológica, la biotecnología es "cualquier aplicación tecnológica que utiliza sistemas biológicos, organismos vivos o derivados de los mismos, para fabricar o modificar productos o procesos para un uso específico". 4 El concepto de "uso específico" implica algunos tipo de aplicación comercial. La ingeniería genética, la selección artificial, la producción de antibióticos y el cultivo celular son temas de estudio actuales en biotecnología. Sin embargo, los humanos han usado procariotas para crear productos incluso antes de que se acuñara el término biotecnología. Y algunos de los productos y servicios son tan simples como queso, yogur, crema agria, vinagre, salchichas curadas, chucrut y mariscos fermentados que contienen bacterias y arqueas.
| Algunos de los productos derivados del uso de procariotas en la biotecnología temprana incluyen (a) queso, (b) salami, (c) yogur y (d) salsa de pescado. |
La producción de queso comenzó hace unos 4.000 años cuando los humanos comenzaron a criar animales y procesar su leche. La evidencia sugiere que los productos lácteos cultivados, como el yogur, han existido durante al menos 4,000 años.
Uso de procariotas para limpiar nuestro planeta: biorremediación
La biorremediación microbiana es el uso de procariotas (o metabolismo microbiano) para eliminar contaminantes. La biorremediación se ha utilizado para eliminar productos químicos agrícolas (pesticidas y fertilizantes) que se filtran del suelo al agua subterránea. Ciertos metales tóxicos, como el selenio y los compuestos de arsénico, también se pueden eliminar del agua por bioremediación. La reducción de SeO2−4 a SeO2−3 y a Se0 (selenio metálico) es un método utilizado para eliminar los iones de selenio del agua. El mercurio es un ejemplo de un metal tóxico que se puede eliminar de un entorno mediante bioremediación. El mercurio es un ingrediente activo de algunos pesticidas; Se utiliza en la industria y también es un subproducto de ciertas industrias, como la producción de baterías. El mercurio generalmente está presente en concentraciones muy bajas en ambientes naturales, pero es altamente tóxico porque se acumula en los tejidos vivos. Varias especies de bacterias pueden llevar a cabo la biotransformación del mercurio tóxico en formas no tóxicas. Estas bacterias, como Pseudomonas aeruginosa, pueden convertir Hg2 + en Hg0, que no es tóxico para los humanos.
Probablemente uno de los ejemplos más útiles e interesantes del uso de procariotas para fines de biorremediación es la limpieza de derrames de petróleo. La importancia de los procariotas para la biorremediación del petróleo se ha demostrado en varios derrames de petróleo en los últimos años, como el derrame Exxon Valdez en Alaska (1989), el derrame de petróleo Prestige en España (2002), el derrame en el Mediterráneo desde una planta de energía del Líbano (2006) y, más recientemente, el derrame de petróleo de BP en el Golfo de México (2010). Para limpiar estos derrames, se promueve la biorremediación al agregar nutrientes inorgánicos que ayudan al crecimiento de las bacterias ya presentes en el medio ambiente. Las bacterias que degradan los hidrocarburos se alimentan de los hidrocarburos en la gota de aceite, descomponiéndolos en compuestos inorgánicos. Algunas especies, como Alcanivorax borkumensis, producen tensioactivos que solubilizan el aceite, mientras que otras bacterias degradan el aceite en dióxido de carbono. En el caso de derrames de petróleo en el océano, tiende a ocurrir una biorremediación natural en curso, ya que hay bacterias que consumen petróleo en el océano antes del derrame. En condiciones ideales, se ha informado que hasta el 80 por ciento de los componentes no volátiles en el petróleo pueden degradarse dentro de 1 año del derrame. Otras fracciones de aceite que contienen cadenas de hidrocarburos aromáticos y altamente ramificados son más difíciles de eliminar y permanecen en el medio ambiente durante períodos de tiempo más largos. Los investigadores han modificado genéticamente otras bacterias para consumir productos derivados del petróleo; de hecho, la primera solicitud de patente para una solicitud de biorremediación en los EE. UU. fue para una bacteria genéticamente modificada que come aceite.
| (a) Limpiando el petróleo después del derrame de Valdez en Alaska, los trabajadores extrajeron el petróleo de las playas y luego usaron un brazo flotante para acorralar el petróleo, que finalmente fue desnatado de la superficie del agua. Algunas especies de bacterias son capaces de solubilizar y degradar el aceite. (b) Una de las consecuencias más catastróficas de los derrames de petróleo es el daño a la fauna. (crédito a: modificación del trabajo de NOAA. |
Procariotas en y sobre el cuerpo
Los humanos no son una excepción cuando se trata de formar relaciones simbióticas con procariotas. Estamos acostumbrados a pensar en nosotros mismos como organismos individuales, pero en realidad, somos ecosistemas andantes. Hay de 10 a 100 veces más células bacterianas y arqueológicas que habitan nuestros cuerpos que las que tenemos en nuestros cuerpos. Algunos de estos están en relaciones mutuamente beneficiosas con nosotros, en las que tanto el huésped humano como la bacteria se benefician, mientras que algunas de las relaciones se clasifican como comensalismo, un tipo de relación en la que la bacteria se beneficia y el huésped humano no se beneficia ni se perjudica.
La flora intestinal humana vive en el intestino grueso y consta de cientos de especies de bacterias y arqueas, con diferentes individuos que contienen diferentes mezclas de especies. El término "flora", que generalmente se asocia con las plantas, se usa tradicionalmente en este contexto porque las bacterias alguna vez se clasificaron como plantas. Las funciones primarias de estos procariotas para los humanos parecen ser el metabolismo de las moléculas de los alimentos que no podemos descomponer, la asistencia con la absorción de iones por el colon, la síntesis de vitamina K, el entrenamiento del sistema inmunitario infantil, el mantenimiento del sistema inmunitario del adulto, mantenimiento del epitelio del intestino grueso y formación de una barrera protectora contra los patógenos.
La superficie de la piel también está cubierta de procariotas. Las diferentes superficies de la piel, como las axilas, la cabeza y las manos, proporcionan hábitats diferentes para diferentes comunidades de procariotas. A diferencia de la flora intestinal, los posibles roles beneficiosos de la flora de la piel no han sido bien estudiados. Sin embargo, los pocos estudios realizados hasta ahora han identificado bacterias que producen compuestos antimicrobianos como probablemente responsables de prevenir infecciones por bacterias patógenas.
Los investigadores están estudiando activamente las relaciones entre diversas enfermedades y alteraciones en la composición de la flora microbiana humana. Parte de este trabajo lo lleva a cabo el Proyecto del Microbioma Humano, financiado en los Estados Unidos por los Institutos Nacionales de Salud.
¿Te sirvió el contenido del tema? ¿tienes alguna duda o sugerencia?
Puedes escribir un comentario en la parte de abajo y nosotros con gusto te responderemos. Esperemos que tengas un lindo día. ¡Mucho éxito en tus estudios!
Puedes escribir un comentario en la parte de abajo y nosotros con gusto te responderemos. Esperemos que tengas un lindo día. ¡Mucho éxito en tus estudios!
