ecologia microbiana

Ecología Microbiana
If I could do it all over again, and
relieve my vision in the twentyfirst
century, I would be a
microbial ecologist.......
Edward O. Wilson
Cátedra de Ecología Microbiana.
Facultad de Ciencias Exactas. UNLP
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oikos=casa
logos= ley
Ecología: la la ciencia que explora las las interrelaciones
entre los los organismos y su su medio ambiente biótico y abiótico
Representa una nueva visión holística que reconoce la
importancia de todos los organismos vivos en el mantenimiento
del balance ecológico
Ecología Microbiana: la la ciencia que específicamente
examina las las relaciones entre los los microorganismos y su su medio
ambiente biótico y abiótico
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El rápido desarrollo tecnológico que se inicio con la
revolución industrial trajo aparejado
• Avances en las ciencias médicas, reducción de la tasa de
mortalidad Explosión demográfica
• Producción industrial, extracción de recursos y la agricultura
intensiva
Rápida disminución
de los recursos
no renovables
• Producción de materiales
sintéticos
Deterioro del
medio ambiente
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Las proyecciones de científicos y economistas
sobre crecimiento de población, consumo
contaminación.
El impacto social de la publicación del libro “Silent
Spring” de Rachel Carson
Se reconoció que los
microorganismos ocupan una
posición importante en el flujo
ordenado de los materiales y la
energía a través del ecosistema.
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PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL
FUNCIONAMIENTO DE LOS ECOSISTEMAS
Flujo
de de
energía
Reciclado
de de
nutrientes
Productores
primarios
Consumidores
Algas eucarióticas
Cianobacterias
Anoxifotobacterias
Bacterias quimiolitotrofas
Protozoos, Algas mixotrofas
Bacterias (loop microbiano)
Descomponedores
Hongos, Bacterias
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Todos los seres vivos de la Tierra dependen de la
vida procariota
• Miembros esenciales de la biosfera, hacen posible el
funcionamiento de los ciclos biogeoquímicos.
• Están presentes en todos los lugares en los que
pueda existir vida.
Tamaño pequeño: gran capacidad de dispersión.
Variabilidad y flexibilidad metabólica: tolerar y
adaptarse a las condiciones ambientales.
Plasticidad genética (transferencia horizontal de
genes): recombinar y recolectar las características
positivas.
• Pueden integrarse a los actuales paradigmas
ecológicos
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Si bien existen interacciones desfavorables entre la
actividad humana y los microorganismos:
enfermedad, degradación, etc.
Los microorganismos juegan un un importante rol rol en en la la
resolución de de problemas ambientales y económicos
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BIODEGRADACIÓN Y RECICLAJE
-Depuración de aguas residuales
-Tratamiento de residuos sólidos
-Alteración microbiana de alimentos
-Biodeterioro de materiales
-Microbiología el petróleo
-Biodegradación de productos recalcitrantes
Tercer tema
APROVECHAMIENTO ECONÓMICO Y
APLICACIONES AGRÍCOLAS
-Producción de energías alternativas renovables
-Biominería y recuperación de metales
-Obtención de alimentos y suplementos de la dieta
-Aplicaciones agrícolas (micorrizas, fertilizantes,..)
-Control biológico de plagas
CONOCIMIENTO DE MEDIOS EXTREMOS
-Obtención de productos (enzimas, antibióticos, antitumorales...)
-Investigación espacial
-Estudios sobre el origen de la vida
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Además....
Este universo de vida “invisible”
representa un vasto terreno todavía
inexplorado de conocimiento y
diversidad biológica.
No sabríamos
de la vida en
condiciones
extremas
La fotosíntesis
sería aerobia y
oxigénica
Los seres vivos
más longevos
no superarían
los 1000 años
Sin el conocimiento de los microorganismos la
biología sería muchos más limitada
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Los microorganismos constituyente el
principal componente de la biodiversidad
pero....
Se requerían herramientas apropiadas para
cuantificar y evaluar:
• La diversidad (microorganismos presentes)
• La distribución (heterogeneidad espacial y
temporal de las comunidades en su ambiente).
• La actividad (funciones de los microorganismos)
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Estos estudios estuvieron limitados durante
años a la microbiota que puede ser
cultivada en el laboratorio:
• Condiciones ambientales artificiales que
solo permite el desarrollo de unos pocos
microorganismos.
• Los resultados dependen de la habilidad,
persistencia y suerte del investigador.
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• G J Olsen, D J Lane, S J Giovannoni, N R Pace, D A Stahl.1986.
Microbial Ecology and Evolution: A Ribosomal RNA Approach.
Annu. Rev. of Microbiol., 40: 337-365
• N R Pace, D A Stahl, D J Lane, G J Olsen.1986.The Analysis of
Natural Microbial Populations by ribosomal RNA sequences.En
Advances in Microbial Ecology. Vol. 9. K.C. Marshall (Ed.).
Plenum Press, pp. 1-55.
Metodología que
liberó a la
microbiología de la
“esclavitud” del
cultivo en placa
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Desafío del siglo XXI
Convertir estas “piezas
inanimadas de información”
(genes) en conocimiento de la
actividad celular
Integración de los estudios
tradicionales de fisiología, genética
y ecología con las modernas
genómica y proteómica.
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If I could do it all over again, and relieve my vision in the
twenty-first century, I would be a microbial ecologist. Ten
billion bacteria live in a gram of ordinary soil, a mere pinch
held between thumb and forefinger. They represent
thousands of species, almost none of which are known to
science. Into that world I would go with the aid of modern
microscopy and molecular analysis. I would cut my way
through clonal forests sprawled across grains of sand, travel
in an imagined submarine through drops of water
proportionately the size of lakes, and track predators and
prey in order to discover new life ways and alien food webs.
All this, and I need venture no farther than ten paces
outside my laboratory building.
Edward O. Wilson. Naturalist (1994). Island Press,
Washington, p. 364
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Los comienzos de la microbiología
• Antony van Leeuwenhoek (1676) descubre y describe
microorganismos en su hábitat natural (gota de lluvia).
Primeros estudios en Ecología Microbiana.
• Desde Lazzaro Spallanzani (1776) hasta Louis
Pasteur (1859) y durante las controversias por la
teoría de la generación espontánea plantearon la
existencia de microorganismos en el aire, causantes
de la putrefacción de los materiales.
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• John Tyndall y Ferdinand Cohn (1877) comienzan los
estudios de las endosporas bacterianas, mostrando
que sobreviven en el aire, pueden diseminarse de un
ecosistema a otro, adaptándose al stress ambiental,
sobreviviendo durante largos períodos.
Profunda influencia en
• Robert Koch (1876) demuestra que Microbiología. el carbunco es
causado por un microorganismo. Aislar estudiar
•Teoría microbiana de la enfermedad.
•Técnicas de cultivo puro.
el desarrollo de la
•Introduce el agar-agar como solidificante en los
medios de cultivo.
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El período del cultivo puro
(mediados del siglo XIX-mediados del siglo XX).
Microbiólogos
Enfrascados en los cultivos puros.
No proveen información sobre la
interacción entre los
microorganismos y su entorno (ej.
Penicilina)
Biólogos
Técnicas de la macrobiología.
Dificultades metodológicas frente a
los microorganismos (tamaño,
pocos detalles morfológicos, etc.).
Consideraron a los
microorganismos como sustancias
químicas no vivas.
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Sin embargo algunos estudios empezaron a
establecer la importancia del rol de la actividad
metabólica microbiana en los procesos ecológicos
globales.
• Nicolas-Theodore de Saussure (1839) la
capacidad de los microorganismos del suelos de
oxidar H 2 . Recién se aislaron en el siglo XX.
• Jacques Theophile Schloesing y Achille Müntz
(1879) capacidad de los microorganismos del
suelo de oxidar el amonio a nitrato.
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Quimiolitrótofas
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La Ecología Microbiana en el Siglo XX
• Sergei Winogradsky (finales del siglo XIX).
Aisla las bacterias nitrificantes.
Desarrolla un sistema para crecimiento de las
bacterias microaerófilas y fotosintéticas del suelo
(Columna de Winogradsky).
Describe la oxidación microbiana de el sulfídrico y del
ferroso, se describe la vida quimiolitrótofa.
Describe la fijación del nitrógeno y la simbiosis con
plantas.
Clasifica a los microorganismos del suelo: autóctonos
y zimogenos
Es Es considerado el el padre de de la la microbiología del suelo
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• Martinus Beijerinck (principios del siglo XX)
“La forma en que yo enfoco la microbiología….puede
exponerse brevemente como el estudio de la
ecología microbiana, es decir la relación entre las
condiciones ambientales y las formas especiales de
vida que les corresponde”
Aisla agentes simbióticos y la simbiosis con plantas.
Ciclo del nitrógeno y del azufre.
Reconoce la ubicuidad de los microorganismos y la
influencia selectiva de las condiciones ambientales
desarrolla técnicas de enriquecimiento.
Funda una escuela dedicada al estudio de la
diversidad y la fisiología bacteriana.
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• Kluyver A., van Niel C. y Stanier R: mayor
compresión del papel de los microorganismos en
los procesos de reciclado. Fisiología Microbiana.
• 1970: Comité de Microbiología Ambiental:
reconoce formalmente la disciplina ecología
microbiana.
• 1977 I International Symposium on Microbial
Ecology
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G J Olsen, D J Lane, S J Giovannoni, N R Pace, D A
Stahl.1986. Microbial Ecology and Evolution: A Ribosomal
RNA Approach. Annu. Rev. of Microbiol., 40: 337-365
N R Pace, D A Stahl, D J Lane, G J Olsen.1986.The Analysis
of Natural Microbial Populations by ribosomal RNA
sequences.En Advances in Microbial Ecology. Vol. 9. K.C.
Marshall (Ed.). Plenum Press, pp. 1-55.
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Relación de la ecología microbiana con otras
ciencias
• Ecología: el tratamiento de los procesos microbianos
tiende a ser rudimentario. Descomposición de materia
orgánica y el reciclado de los nutrientes minerales: “caja
negra”.
Diferencias Metodológicas.
• Ciencias Ambientales: Biodegradación de contaminantes
(Atlas R., Bartha R.), efectos de los contaminantes sobre
los microorganismos (injuria invisible), procesos de fijación
de nitrógeno, obtención de combustible a partir de recursos
renovables.
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• Exploración del espacio: impulso el desarrollo de
metodología y el estudio de la vida en ambientes
extremos.
• Microbiología de suelo, agua dulce (implicancias en la
salud humana) y marina.
• Microbiología de alimentos: los estudios sobre procesos
de degradación y fermentación produjeron gran cantidad
de información ecológica, influencia de las variables
ambientales en los microorganismos, supervivencia en
condiciones adversas y sobre la sucesión microbiana.
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Fuentes de Información
Antes de 1957 no había aparecido ningún libro ni revista con el título Ecología Microbiana.
Revista específicas
• Microbial Ecology. 1974. Springer- Verlag. Nueva York.
• Applied and Environmental Microbiology. 1976. American Society for Microbiology.
Washington DC
• Advances in Microbial Ecology. 1977. Plenum Press, Nueva York
• FEMS Microbiology Ecology. 1985. Elsevier Science Publishers, Amsterdam. Holanda.
Libros
• Atlas, R.M. and Bartha R. 1998. Microbial Ecology. Fundamentals and applications (4ª
Ed). Benjamin/ Cummings Science Publishing. Menlo Park, CA.
• Colwell R.R. and Grimes J. 2000. Nonculturable Microorganisms in the Environment.
American Society for Microbiology. ASM PRESS. Washington D.C.
• Hurst, C.H.J. 1997. Manual Of Environmental Microbiology. American Society For
Microbiology Press. Washington D.C.
• Madigan, M.E., Martinko, J.M. and Parker, J. 2000. (9th ed). Brock Biology of
microorganisms. Prentice Hall, Menlo Park, CA.
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