Guía de la asignatura MICROBIOLOGIA Grado de Biotecnología 2º

Guía de la asignatura
Créditos totales: 9 ECTS
MICROBIOLOGIA
Grado de Biotecnología
2º curso.
OBJETIVOS Y COMPETENCIAS
El mundo de los microbios, aunque invisible, incluye la mayor biodiversidad de
sistemas vivos que existe en la Tierra, y este mundo microscópico influencia a todas
las otras formas de vida. Los microorganismos ofrecen recursos y estrategias ausentes
en otros niveles de organización y presentan una enorme importancia básica y
aplicada. El curso analiza a grandes rasgos la diversidad microbiana y su papel en la
naturaleza, ya que el conocimiento de sus actividades es fundamental para dirigir y
emplear su extenso potencial en procesos biotecnológicos de interés para el hombre.
El control, manipulación y modificación de los microorganismos constituye la base de
muchas realizaciones biotecnológicas actuales.
El programa teórico de la asignatura está dividido en secciones temáticas que
resumen los conocimientos y competencias que el alumno debe adquirir a lo largo del
aprendizaje. Este programa se complementa con sesiones prácticas, que cubren
aspectos básicos y esenciales de la Microbiología en relación con la Biotecnología. Los
objetivos fundamentales de cada sección se especifican en la información que
acompaña a los diversos temas.
DESARROLLO DEL CURSO
Incluyendo el tiempo dedicado a evaluaciones (4 horas; 5%), se proponen 81 horas
presencia les (100%) para el alumno durante el calendario y horario oficial del curso,
que se distribuirán en las actividades que se citan a continuación. El resto de horas
hasta cubrir los 9 créditos totales ECTS corresponde a estudio y dedicación no
presencial por parte del alumno.
Clases de teoría (56 horas; 69%)
Presentación y desarrollo, en el formato de clase magistral, de 30 temas especificados
en el programa de clases de teoría de la asignatura. A lo largo del curso se plantearán
preguntas ocasionales a los alumnos en relación con el tema expuesto, que servirán
como control de asistencia.
Seminarios (5 horas; 6%)
Al acabar determinadas secciones del programa de teoría, se facilitará una relación de
temas apropiados para seminarios y se establecerán grupos de tres/cuatro alumnos
voluntarios para la elaboración, presentación y discusión de cada tema elegido. En los
días señalados al efecto, los voluntarios de cada grupo -de manera conjunta o
individual- procederán a la presentación del tema correspondiente en sesiones
expositivas de 30 minutos, con control de asistencia.
Prácticas de laboratorio (12 horas; 15%)
Cada alumno realizará 4 sesiones prácticas de la boratorio, de 3 horas cada una, con
arreglo al temario de clases prácticas. La realización de al menos el 75% de esta
actividad es obligatoria para superar la asignatura, y su evaluación se hace
conjuntamente con la de las clases de teoría.
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Tutorías individuales (voluntarias) y en grupo (4 horas; 5%)
Para cualquier consulta individual, el profesorado estará a disposición de los alumnos
en el horario de tutorías indicado mas adelante. Por otro lado, habrá 4 horas de tutoría
conjunta adicional para todos los alumnos, distribuidas a lo largo del curso
(normalmente a mediados y final de curso). En ellas, podrán solicitar aclaraciones
sobre clases ya impartidas o plantear cualquie r duda o asunto relacionado con la
asignatura. La asistencia a las tutorías individuales es voluntaria, pero habrá control de
asistencia para las tutorías en grupo.
EVALUACION Y CALIFICACIONES
1.- Evaluación continuada por curso
Para evaluar periódicamente el proceso de aprendizaje se realizarán -en convocatorias
programadas- dos controles escritos, con 25 cuestiones tipo test y dos temas cortos
que, en cada caso, versarán sobre el temario teórico y el práctico. Cada respuesta
correcta en el test se calificará con 0.2 puntos, la errónea descontará 0.1 puntos y no
se computarán respuestas en blanco. El desarrollo de cada tema corto se puntuará
sobre 2.5 puntos. Será necesario superar un total de 5 puntos para aprobar
cada examen parcial. Estas puntuaciones no son compensatorias ni trasladables de
un año a otro. La superación de ambos exámenes parciales supone aprobar
por curso sin necesidad de realizar el examen final, salvo que se quiera aumentar
nota (en cuyo caso, en el examen final mantendrán como mínimo la calificación ya
obtenida por curso).
2.- Examen final
Los alumnos que no hayan demostrado a lo largo del curso la suficiencia requerida en
pruebas escritas realizarán un examen final de tipo oral o escrito, a su elección. En el
primer caso, consistirá en la exposición de dos temas del programa sacados a sorteo y
se evaluará con una calificación máxima de 10 puntos, siendo necesarios 5 puntos
para superar el curso. En el segundo caso, la prueba será de naturaleza similar a la
indicada en la evaluación continuada. Los alumnos que hubieran aprobado por curso y
desearan subir nota, podrán efectuar una prueba adicional de tipo oral, manteniendo
cuando menos la calificación previamente obtenida.
3.- Valoración de otras actividades
La evaluación global de otras actividades (regularidad en la asistencia a clases,
prácticas, tutorías, elaboración en su caso de informes, y participación en seminarios)
puede aumentar la calificación final hasta 1,5 puntos, siempre que se hayan
superado los requisitos exigidos para aprobar por evaluación continuada o por examen
final.
CRONOGRAMA
La impartición de enseñanzas seguirá la secuencia indicada en los horarios oficiales
establecidos en el Grado para este curso.
PROFESORADO
Profesor de teoría: Mariano Gacto /Tutorías: Lunes y Martes, 16-19 h
Profesora de clases prácticas: Teresa Soto / Tutorías: Miércoles y Jueves, 16-19 h
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PROGRAMA TEORICO DE LA ASIGNATURA
Sección 1. Introducción
Tema 1. El descubrimiento del mundo microbiano. La controversia sobre la generación
espontánea. La fermentación y la vida anaerobia. Los cultivos puros. Microorganis mos
y enfermedades. Desarrollo de la inmunización y la quimioterapia. Los
microorganismos como agentes biogeoquímicos. La Microbiología actual.
Tema 2. Los microorganismos en la escala biológica. Propiedades de los sitemas vivos:
unidad bioquímica y diversidad celular. Niveles de organización. El concepto de
protista. Los tres dominios de Woese. Células procariotas (bacterias y arqueas) y
eucariotas: diferencias estructurales y funcionales. Principales grupos de
microorganismos. Los microorganismos y el proceso evolutivo.
Objetivos: (i) Introducir el concepto de la Microbiología como ciencia y los hitos
históricos de su desarrollo, ilustrando el papel de los microorganismos como
agentes transformadores de la materia,l como causantes de enfermedades y
como instrumentos útiles en diversas actividades humanas. (ii) Destacar la
noción de microorganismo como objeto material de estudio y su situación en el
conjunto de los seres vivos, resaltando diferencias entre la organización
procariota y eucariota. Presentar una visión moderna de los campos actuales y
el futuro desarrollo de la Microbiología en relación con otras ciencias.
Sección 2. Técnicas básicas en Microbiología
Tema 3. Cultivo de microorganismos. Necesidades nutricionales. Factores limitantes.
Captación de nutrientes. Tipos de medios de cultivo. Técnicas de aislamiento de
cultivos puros. Mantenimiento y conservación de cultivos. Colecciones de
microorganismos.
Tema 4. Observación microscópica de microorganismos. Fundamentos de microscopía
óptica y tipos de microscopios. Amplificación, poder de resolución y contraste.
Observación directa y
técnicas de tinción. Tinciones simples, diferenciales y
específicas. Microscopía electrónica.
Objetivos: (i) Iniciar al alumno en la metodología del cultivo microbiano como
base del estudio de microorganismos aislados en forma de cultivos puros. (ii)
Presentar las diversas técnicas de observación microscópica de los
microorganismos y su fundamento, objetivo que, junto a otros de este y otros
bloques, se complementan con clases prácticas de laboratorio.
Sección 3. Estructura y función en microorganismos procariotas
Tema 5. La célula procariota (I). Morfología externa, tamaño y disposición. La
membrana plasmática de bacterias y arqueas. Principales mecanismos de transporte
especializado en procariotas. Composición, estructura y función de la pared celular:
bacterias gram-positivas y gram-negativas. Biosíntesis de peptidoglicano. La pared
celular de arqueas.
Tema 6. La célula procariota (II). Cápsulas microbianas: naturaleza y
composición.Movimiento bacteriano. Flagelos: disposición, estructura y bases del
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movimiento flagelar. Tipos de tactismos. Fimbrias. Citoplasma, ribosomas y región
nuclear. Inclusiones de reserva y otras formaciones intracelulares. Esporulación y
germinación.
Objetivos: (i) Conocer las propiedades morfológicas de bacterias y arqueas y
sus implicaciones biológicas. (ii) Describir sus principales componentes
superficiales e intracelulares, su papel fisiológico, y presentar estrategias de
resistencia y diferenciación frente a condiciones ambientales adversas en la
naturaleza. (iii ) Resaltar característic as distintivas y analizar aspectos
comparativos de la estructura y función de la célula procariota.
Sección 4. Crecimiento y control
Tema 7. Análisis del crecimiento microbiano. Crecimiento celular y poblacional.
Métodos de determinación del crecimiento: recuento de totales y viables. Fases de la
curva del crecimiento microbiano. Expresión matemática del crecimiento exponencial.
Concepto del tiempo de generación. Percepción del quorum. Nociones de cultivo
continuo y cultivo sincrónico.
Tema 8. Factores ambientales y crecimiento. Temperaturas cardinales y adaptaciones
microbianas: psicrófilos, psicotrofos, mesófilos y termófilos. Efectos de la presión
osmótica: halófilos, osmófilos y xerófilos. Presión hidrostática. Rangos de pH. Potencial
redox. Concepto de aerobio, anaerobio, facultativo y aerotolerante. Defensas frente al
oxígeno.
Tema 9. Métodos de control. Esterilización y desinfección. Esterilización por calor
húmedo y por calor seco. Tiempo de muerte térmica y de reducción decimal.
Mecanismo de acción y valoración de otros agentes físicos y químicos de control.
Tema 10. Agentes quimioterápicos (I). Toxicidad selectiva: sulfamidas y antibióticos.
Inhibidores de la pared celular: beta-lactámicos y otros antibióticos que bloquean la
síntesis de peptidoglicano. Antibióticos que afectan la síntesis proteica.
Tema 11. Agentes quimioterápicos (II). Antibióticos que actúan sobre membranas.
Antibióticos que interfieren la replicación del ADN. Mecanismos de resistencia a los
antimicrobianos. Prevención de resistencias y búsqueda de nuevos productos
antimicrobianos.
Objetivos: (i) Analizar el crecimiento poblacional de los microorganismos y
caracterizar los parámetros que definen el crecimiento exponencial,
esquematizando el funcionamiento del quimiostato y del cultivo sincronizado y
sus aplicaciones. (ii) Conocer los factores que afectan a la velocidad de
crecimiento microbiano en el laboratorio y en ecosistemas naturales. (iii)
Destacar los conceptos de esterilización y desinfección, y desarrollar los
métodos físicos y químicos empleados para el control del crecimiento. (iv )
Describir el modo de acción de los principales grupos de agentes
quimioterápicos, los métodos de valoración de su actividad y su aplicació n
potencial en procesos biotecnológicos dirigidos.
Sección 5. Diversidad metabólica de los microorganismos
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Tema 12. Fototrofía: fotosíntesis oxigénica y anoxigénica. Pigmentos fotosintéticos.
Fotoautotrofía: el ciclo de Calvin y otras vías autótrofas en los fotótrofos.
Tema 13.Quimiolitotrofía: oxidación del hidrógeno y del monóxido de carbono,
compuestos reducidos del azufre y del hierro. Nitrificación y anamox.
Tema 14. Quim iorganotrofía (I). Fermentaciones: consideraciones energéticas.
Fermentaciones del ácido láctico, butilenglicólica y ácido mixta. Fermentación acetobutírica y de la acetona-butanol. Reacción de Stickland. Respiración aerobia. El efecto
Pasteur en microorganismos facultativos Oxidaciones aerobias de metilotrofos y
metanotrofos
Tema 15. Quimiorganotrofía (II). Respìración anaerobia: desnitrificación, reducción de
sulfatos y de azufre. Acetogénesis . Metanogénesis: vías alternativas. Bioluminiscencia.
Tema 16. Fijación del nitrógeno en la naturaleza. Nitrogenasa y enzimas alternativas.
Flujo de electrones. Valoración de la nitrogenasa. Regulación de la fijación. Transporte
especializado.
Objetivos: (i) Adquirir conocimientos sobre los tipos nutricionale s microbianos
según la fuente energética y la fuente de carbono empleada para el
crecimiento, estableciendo en cada caso los mecanismos de obtención de
energía. (ii) Introducir el concepto de fermentacion microbiana y su diversidad,
incidiendo en los aspectos aplicados de las mismas. (iii) Resaltar las diversas
estrategias metabólicas utilizadas por los microorganismos que están ausentes
en organismos superiores. (iv) Proporcionar evidencias puntuales sobre la
capacidad de los microorganimos para utilizar la energía en procesos
especializados, como la fijación de nitrógeno o el transporte por traslocación.
Sección 6. Principales taxones de los procariotas
Tema 17. El proceso evolutivo: aspectos teóricos y analíticos. Origen endosimbiótico de
los eucariotas. Análisis fenotípico, genotípico y filogenético en la sistemática
microbiana. Concepto de especie y cepa microbiana. Detección de microorganismos no
cultivados. El manual Bergey y los procariotas. El árbol filogenético universal y los
dominios Bacteria y Arquea
Tema 18. Dominio Bacteria. Proteobacterias fotótrofas o quimiolitótrofas: Bacterias
fotótrofas rojas (Chromatium, Rhodospirillum). Bacterias verdes sulfúreas (Chlorobium)
y no sulfúreas (Chloroflexus). Cianobacterias Bacterias nitrificantes (Nitrosomonas,
Nitrobacter), oxidantes de azufre y hierro (Thiobacillus) o hidrógeno (Paracoccus).
Tema 19. Bacterias metanótrofas y metilótrofas (Methylomonas, Methylobacter).
Tema 20. Proteobacterias quimiorganótrofas aerobias y anaerobias facultativas. Las
pseudomonadáceas (Pseudomonas). Bacterias del ácido acético (Acetobacter,
Gluconobacter). Bacterias fijadoras de nitrógeno (Azotobacter, Rhizobium). El grupo de
las Enterobacterias (Escherichia, Salmonella …). Los géneros Vibrio y Photobacterium.
Tema 21. Las rickettsias. Otras proteobacterias de interés (Agrobacterium, Brucella,
Bordetella, Neisseria, Legionella…). Proteobacterias de morfología no usual: espirilos,
bacterias con vaina y prostecadas. Las mixobacterias deslizantes (Myxococcus).
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Bacterias reductoras de sulfato y azufre (Desulfovibrio, Desulfobacter). Proteobacterias
del grupo épsilon.
Tema 22. Bacterias gram-positivas con bajo contenido en G+C. No formadoras de
endosporas (Staphylococcus, Lactobacillus…). Formadoras de endosporas (Bacillus,
Clostridium, Heliobacterium…). Bacterias sin pared celular (Mycoplasma).
Tema 23. Bacterias gram-positivas con alto contenido en G+C. Bacterias corineformes
y del ácido propiónico (Corynebacterium, Propionibacterium). Las micobacterias.
Actinobacterias filamentosas (Streptomyces).
Tema 24. Las clamidias. Las flavobacterias. El grupo Cytophaga. Las espiroquetas. El
grupo Deinococcus-Thermus. Bacterias hipertermófilas.
Tema 25. Dominio Arquea. Biología molecular de arqueas. Las euriarqueas. Halófilas
extremas (Halobacterium), metanogénicas (Methanobacterium), termoplasmatales e
hipertermófilas ( Thermococcus , Archaeoglobus, Nanoarchaeum).
Tema 26. Las crenarqueas. Hábitats y metabolismo energético (Sulfolobus,
Pyrodictiun). Crenarqueas no termófilas. Adaptaciones a la vida a alta temperatura.
Objetivos: (i) Proporcionar información sobre la antiguedad y extensión de la
vida microbiana, ofreciendo una visión actualizada de su complejidad. (ii)
Manejar los conceptos básicos y los criterios generales empleados en la
taxonomía de los procariotas siguiendo las directrices de la clasificación
filogenética del manual de Bergey. (iii) Presentar un panorama global de la
biodiversidad del mundo de los procariotas complementada con su extensa
variedad fisiológica. (iv) Conocer las especies microbianas más importantes
destacando su propiedades más relevantes y distintivas, su localizacioón
ecológica, y abordando con énfasis especial su potencial interés industrial o
biotecnológico.
Sección 7. Micología
Tema 27. Los hongos como modelo de microorganis mos eucariotas. Las levaduras y su
estilo de vida. La pared celular en hongos y levaduras. Compuestos antifungicos:
dianas y modo de acción.
Objetivos: (i) Describir las propiedades biológicas de las levaduras como
sistema modelo de microorganismos eucariota, teniendo en cuenta su amplia
utilización como herramientas biotecnológicas y su importancia clínica.
Sección 8. Fundamentos de biotecnología microbiana
Tema 28. Utilización de microorganismos y productos de interés industrial.
Metabolismo primario y secundario. Ais lamiento y producción de antibióticos.
Vitaminas, aminoácidos y enzimas. Biotransformaciones. Tratamientos de aguas
residuales.
Tema 29. Los microorganismos en la industria alimentaria. Elaboración de vinos y
cervezas. Obtención de ácido acético y ácido cítrico. Agentes de fermentación y empleo
de los microorganismos como suplemento alimenticio.
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Tema 30. Microorganismos modificados. Expresión de genes heterólogos en
microorganismos. Producción de hormonas y vacunas. Vectores de transferencia en
agricultura. Insecticidas microbianos: toxinas-Bt.
Objetivos: (i) Presentar nociones básicas sobre el empleo de los
microorganismos en actividades humanas de interés industrial, desarrollando
los fundamentos de su utilización. (ii) Establecer las bases científicas y
tecnológicas del uso de los microorganismos como introducción didáctica a
cursos especializados sobre Biotecnología Microbiana o Microbiología Aplicada.
SESIONES PRACTICAS DE LABORATORIO (3 horas cada una)
Sesión 1.- Normas de trabajo. Esterilización y medios de cultivo: utilización,
preparación y manejo. Técnicas básicas de siembra y aislamiento de microorganismos.
Recuento de totales. Medios comunes, selectivos y diferenciales. Análisis en fresco de
caracteres microscópicos. Aislamiento de bacterias endosporuladas.
Sesión 2.- Observaciones microscópicas en muestras teñidas. Tinciones simples y
diferenciales (Tinción de Gram y de Ziehl-Neelsen). Tinciones específicas.
Sesión 3. - Recuento del número de viables. Caracterización bioquímica de
microorganismos y sus aplicaciones en la identificación. Pruebas Kligler, Hugh-Leifson,
IMViC, catalasa y oxidasa. Demostración identificativa mediante tiras multitest API 10S.
Sesión 4. - Microorganismos del aire, agua y suelos. Análisis de microorganismos
presentes en derivados lácteos. Observación de Rhizobium en nódulos de leguminosas
que fijan nitrógeno. Microorganismos de la flora normal del cuerpo humano.
BIBLIOGRAFIA GENERAL
Madigan M.T. et al. (2009) “Brock: Biología de los microorganismos”, 12ª ed. Ed.
Pearson [El texto de Microbiología general más extendido en el mundo, con excelente
nivel y buenas ilustraciones ]
Prescott L.M. et al. (2009) “Microbiología”, 7ª ed. Ed. Mc Graw Hill. [Moderno, claro y
bien ilustrado]
Schaechter M. et al. (2006) “Microbe”, 1ª ed. American Society for Microbiology. [En
inglés, presenta una visión original de temas generales y específicos]
Kun L.Y. (2008) “Microbial biotechnology: principles and applications””, 2ª ed. World
Scientific. [En inglés, desarrolla aspectos aplicados de la Microbiología]
Smith J.E. (2009) “Biotechnology”, 5ª ed. Cambridge University Press [En inglés,
capítulos especializados sobre el im pacto de los microorganismos en la biotecnología ]
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