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17.1: Microbiología industrial - Biología

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17.1: Microbiología industrial

Microbiología industrial

Microbiología industrial es una rama de la biotecnología que aplica las ciencias microbianas para crear productos industriales en cantidades masivas, a menudo utilizando fábricas de células microbianas. Hay varias formas de manipular un microorganismo para aumentar el rendimiento máximo del producto. La introducción de mutaciones en un organismo se puede lograr introduciéndolas en mutágenos. Otra forma de aumentar la producción es mediante la amplificación de genes, esto se realiza mediante el uso de plásmidos y vectores. Los plásmidos y / o vectores se utilizan para incorporar múltiples copias de un gen específico que permitiría que se produjeran más enzimas que eventualmente provocan un mayor rendimiento de producto. [1] La manipulación de organismos para producir un producto específico tiene muchas aplicaciones en el mundo real, como la producción de algunos antibióticos, vitaminas, enzimas, aminoácidos, disolventes, alcohol y productos de uso diario. Los microorganismos juegan un papel importante en la industria, con múltiples formas de utilizarse. Desde el punto de vista médico, los microbios se pueden utilizar para crear antibióticos con el fin de tratarlos. Los microbios también se pueden utilizar para la industria alimentaria. Los microbios son muy útiles para crear algunos de los productos producidos en masa que consumen las personas. La industria química también utiliza microorganismos para sintetizar aminoácidos y disolventes orgánicos. Los microbios también se pueden utilizar en una aplicación agrícola para su uso como biopesticida en lugar de utilizar productos químicos peligrosos o inoculantes para ayudar a la proliferación de plantas.


Productos moleculares de microbios

El aislamiento de productos moleculares de microbios se considera un componente clave de la investigación en biología molecular.

Objetivos de aprendizaje

Describir cómo la polimerasa Taq, las enzimas de restricción y la ADN ligasa se utilizan en biología molecular.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • Se pueden aislar varias enzimas de microorganismos y utilizarlas en la producción de ADN recombinante & # 8211.
  • La capacidad de algunas arqueas para prosperar en entornos extremos ha llevado al análisis y aislamiento de importantes componentes moleculares de los organismos, como la polimerasa Taq, que han contribuido a las técnicas modernas de biología molecular.
  • Las técnicas modernas de biología molecular se basan en gran medida en enzimas específicas y componentes moleculares derivados de microbios, incluida la ADN ligasa y las enzimas de restricción.
  • La ADN ligasa funciona uniendo covalentemente, o ligando, fragmentos de ADN.
  • Las enzimas de restricción funcionan reconociendo y cortando secuencias específicas dentro del ADN.

Términos clave

  • reacción en cadena de la polimerasa: Una técnica en biología molecular para crear múltiples copias de ADN a partir de una muestra utilizada en la toma de huellas genéticas, etc.
  • enzimas de restricción: una endonucleasa que corta el ADN en secuencias de reconocimiento específicas

La expansión y la creciente popularidad del campo de la biología molecular ha dado lugar a una mayor demanda de herramientas utilizadas para estudiar la biología molecular. El campo de la biología molecular se ocupa específicamente de los mecanismos moleculares de una célula y se centra en la regulación de las interacciones celulares. Los temas de particular interés dentro del campo incluyen la expresión génica (transcripción y traducción) y la síntesis de proteínas. El estudio de estos mecanismos en el laboratorio ha sido posible gracias al uso de moléculas derivadas de microbios. La siguiente es una breve descripción de algunos de los productos moleculares derivados de microbios que permiten la ejecución de técnicas populares de biología molecular.

Taq polimerasa

La polimerasa Taq es una enzima que se aisló por primera vez del microbio. Thermus aquaticus. T. aquaticus es un tipo específico de especie bacteriana, una ADN polimerasa, que es termoestable y puede soportar temperaturas extremadamente altas. El aislamiento de esta polimerasa ha dado como resultado la capacidad de realizar reacciones en cadena de la polimerasa (PCR), un proceso utilizado para amplificar segmentos de ADN, en un solo paso. Antes del aislamiento de la polimerasa Taq, se tuvo que agregar una nueva ADN polimerasa a la reacción después de cada ciclo debido a la desnaturalización térmica. Con la adición de polimerasa Taq al tubo de reacción, el ciclo se puede realizar mucho más rápidamente y se necesita usar menos enzima. Actualmente, la polimerasa Taq se fabrica y produce a gran escala y está disponible para la venta comercial.

Enzimas de restricción

Las enzimas de restricción son una clase específica de enzimas aisladas de diversas bacterias y arqueas, en las que crecen de forma natural como medio de protección contra infecciones virales. Estas enzimas tienen la capacidad de cortar el ADN en secuencias de reconocimiento específicas y han servido como herramientas invaluables en la modificación y manipulación del ADN. Las enzimas tienen la capacidad de reconocer ADN extraño y cortarlo. Las bacterias y arqueas de las que se aíslan estas enzimas tienen mecanismos innatos para proteger sus propias secuencias de ADN de estas enzimas, como la metilación. El aislamiento de aproximadamente 3000 enzimas de restricción ha permitido a los biólogos moleculares utilizarlas en procesos como la clonación y la producción de ADN recombinante.

Enzima de restricción EcoRI: Un ejemplo de una enzima de restricción específica, EcoRI, que exhibe la capacidad de apuntar a secuencias específicas dentro del ADN.

ADN ligasa

Otra enzima que se aisló de T. aquaticus y que ha sido innegablemente importante para el campo de la biología molecular es la ADN ligasa. La ADN ligasa juega un papel clave en los procesos de biología molecular debido a su capacidad para insertar fragmentos de ADN en plásmidos. El proceso de ligadura de ADN se define como la capacidad de la ligasa de ADN para unir o ligar covalentemente fragmentos de ADN. En biología molecular, específicamente, durante el proceso de desarrollo de ADN recombinante, se puede utilizar ADN ligasa para ligar un fragmento de ADN en un vector plasmídico. La ADN ligasa más comúnmente utilizada se deriva del bacteriófago T4 y se denomina ADN ligasa T4.

Ejemplo de ligadura de ADN: Diagrama de una ligadura de ADN.


17.1: Microbiología industrial - Biología

Microbiología e industria

Microbiología industrial e industria alimentaria:

  • La levadura se utiliza para hacer panes, productos horneados, alcohol, yogur y otros alimentos y bebidas.
  • La levadura actual está especialmente diseñada para trabajar en aplicaciones industriales a gran escala.
  • Se utilizan bacterias y mohos especializados para hacer quesos de diferentes tipos.
  • Los biofertilizantes incluyen bacterias como Rhizobia que fijan nitrógeno.
  • Los aditivos alimentarios aumentan el valor nutricional, retardan el deterioro, cambian la consistencia y mejoran el sabor. Estos pueden ser compuestos naturales como goma guar y goma xantano o potenciadores del sabor y vitaminas.

Microbiología y Medicina Industrial:

  • Los biosensores son monitores que se utilizan en la detección de objetivos específicos en el medio ambiente, el cuerpo humano u otros organismos.
  • La producción de antibióticos es una capacidad que tienen muchos microbios de forma natural.
  • Los microbios se han desarrollado como un sistema de administración de fármacos.
  • Las bacterias del ácido láctico (LAB) se han aprovechado para fabricar y distribuir vacunas y otros materiales bioactivos.
  • Se han desarrollado microbios que degradan el aceite para que puedan extraerse más fácilmente.
  • Los microbios están involucrados en la producción de papel.

Microbiología y economía industrial:

  • En la industria cosmética se utiliza la toxina del botulismo derivada de Clostridium botulinum.
  • Se han desarrollado bioplaguicidas para el control de insectos, nematodos y otros patógenos que afectan a las plantas.
  • Los combustibles de energía sintética como el etanol, el metano, el hidrógeno y los hidrocarburos son producidos por microbios.
  • El gasohol, que es una mezcla 9: 1 de gasolina y etanol, es una alternativa de combustible popular. El etanol se produce como subproducto de la fermentación de levadura.
  • Los microbios se han utilizado en la minería. Un ejemplo de esto es que la recuperación de metales se ve facilitada por bacterias al ayudar a solubilizarlos haciéndolos más fáciles de extraer.
  • Se han utilizado microorganismos para limpiar el medio ambiente en un proceso llamado biorremediación. En la biorremediación, se introduce un microbio en un entorno donde su metabolismo natural da como resultado la desintoxicación o descomposición de sustancias químicas o contaminantes peligrosos.
  • Los rizobios son bacterias que fijan el nitrógeno y lo ponen a disposición para la nutrición y el crecimiento de las plantas. Forman nódulos en las raíces de las leguminosas.
  • Azolla es una planta de agua flotante que fija nitrógeno en asociación con cianobacterias. Actúa como biofertilizante renovable.
  • Azotobacter son bacterias fijadoras de nitrógeno que no forman nódulos en las raíces de las plantas ni se asocian con las leguminosas. Son de vida libre y además de fijar nitrógeno pueden producir antibióticos y sustancias beneficiosas para el crecimiento.
  • Azospirillum fija nitrógeno dentro de las raíces de las plantas. Producen compuestos beneficiosos para el crecimiento de las plantas y pueden sobrevivir en condiciones de humedales y suelos.
  • Las micorrizas son hongos que forman relaciones simbióticas con las raíces de las plantas. La micorriza vesicular arbuscular (VAM) es el miembro más importante de este grupo. Las colonias de VAM absorben los nutrientes y el agua que está disponible para la planta y actúan como extensiones de las raíces.
  • Los probióticos son microbios vivos que pueden tener un efecto beneficioso en el huésped que los ingiere.
  • Los biofertilizantes son microbios vivos que enriquecen la calidad de los nutrientes del suelo.
  • Los bioplaguicidas son microbios que se utilizan para controlar plagas, incluidos insectos, nematodos u otros organismos.
  • Los aditivos alimentarios son sustancias que se utilizan para mejorar el valor nutricional, estabilizar o aumentar la palatabilidad de un alimento.

Se describen las numerosas funciones de los microorganismos en la vida de los seres humanos y su entorno. Los microbios son tan importantes que juegan un papel en prácticamente todos los esfuerzos. Están involucrados en la producción de energía e inundaciones, medicamentos, cosméticos e incluso en la limpieza del medio ambiente.

El uso y la aplicación adecuada de microbios ayuda a las personas a vivir una vida mejor tanto biológica como económicamente.

  • Descripción del impacto económico que producen la biotecnología y los microorganismos.
  • Demostrar cómo se utilizan los microorganismos en la industria médica y alimentaria.
  • Detallar el método de los microorganismos en la producción de energía renovable.
  • Se proporcionan ejemplos de microorganismos en biorremediación y limpieza de contaminación.
  • Las diapositivas de definición presentan los términos a medida que se necesitan.
  • Se proporcionan ejemplos para ilustrar cómo se aplican los conceptos.
  • Se proporciona un resumen conciso al final del tutorial.

Los microbios son elementos críticos en el medio ambiente para ayudar a limpiar áreas contaminadas.
Los microorganismos tienen un papel en prácticamente todos los aspectos de la vida humana y las industrias, incluidos: medicina, manufactura, minería, producción de alimentos y otros.
Los microorganismos tienen un impacto económico significativo en función de su aplicación en la industria.

Vea las 24 lecciones de Anatomía y Fisiología, incluidos tutoriales de conceptos, ejercicios de problemas y hojas de trucos: Aprenda microbiología visualmente en 24 horas


¿Qué nivel de educación necesito?

Esta infografía muestra los trabajos de microbiología por nivel de educación mínimo (desde el diploma de escuela secundaria hasta la beca posdoctoral). Los iconos indican el enfoque de un trabajo en particular, desde la investigación hasta la bioseguridad, como se explica en "¿Qué hacen los microbiólogos?" sección.


Ver el vídeo: Microbiologia Industrial - Bebidas Alcoholicas (Agosto 2022).