GENETICA BACTERIANA

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microbiologia genetica

La fermentación penicilina

INTRODUCCION

La penicilina fue descubierta por el bacteriólogo Alexander Fleming, en el St. Mary's Hospital de Londres, el cual se dio cuenta de su hallazgo en una comunicación publicada en 1929 en el British Journal of Exprimental Pathology.

Los antibióticos son por definición moléculas con actividad antimicrobiana,
que incluyen una gran cantidad de compuestos pertenecientes a diferentes familias
químicas. Son metabolitos secundarios, producidos en la mayoría de los casos
después de la fase de crecimiento. Los primeros procesos para la producción de
penicilina, que fue el primer antibiótico conocido, implicaban el crecimiento de
Penicillium notatum sobre la superficie de un medio líquido

Fabricación Industrial.

La fabricación de penicilina es un ejemplo del proceso típico de obtención de antibióticos. El hongo utilizado industrialmente pertenece al grupo del Penicillum chrysogenum y es particularmente activo sobre el estafilococo, estreptococo y neumococo, así como sobre la mayor parte de los microorganismos gram positivos, presentando escasa acción sobre los gram negativos. 

A la penicilina producida comercialmente se la llama penicilina G (bencil penicilina), aunque el mismo hongo produce varios tipos más. Estos compuestos son ácidos fuertes muy inestables, razón por la que los productos que se encuentran en el mercado son las sales de sodio, de calcio, de aluminio, de potasio o de procaina. A continuación se da la fórmula de la penicilina. Otras formas de penicilina contienen grupos diversos situados en la zona entre corchetes.

 

El sistema de producción en 1943 era el conocido por el método de superficie; el hongo crecía en la superficie de una capa delgada de medio de cultivo puesto en bandejas o botellas. En 1944, con el desarrollo del método comercial de la fermentación sumergida, la disminución de las necesidades de espacio y de trabajo determinaron una enorme reducción del precio de coste.

Obtención de penicilina por fermentación sumergida.

El inoculum o "simiente" para las grandes cubas de fermentación de 20.000 a 115.000 litros de capacidad se prepara por el desarrollo de un cultivo madre del hongo a partir de esporas liofilizadas que se encuentran en un sustrato de agar nutritivo. Varios litros del medio de cultivo, generalmente constituyendo del 5 al 10 % del contenido total, se preparan en una serie de depósitos de siembra y servirán para sembrar una gran cuba de fermentación.

Las cuatro fases principales de la fabricación de la penicilina son:

• Fermentación
• Separación del micelio del caldo fermentado y extracción de la penicilina por medio de disolventes.
• Purificación con disolventes y formación de la sal sodica de la penicilina.
• Ensayos de control, almacenamiento y venta.

El caldo de cultivo para la fermentación se obtiene por infusión acuosa de maíz, añadiendo de un 2 a un 3 % de lactosa, y también se adicionan compuestos inorgánicos conteniendo hidrogeno, oxigeno, fósforo, azufre, potasio, magnesio, nitrógeno y trazas de hierro, cobre y zinc. La adición de ciertos compuestos que favorecen el crecimiento del hongo debe evitarse, ya que podrían ser tolerados al administrar el producto, ni su eliminación seria económica. Después de ajustar el pH a 4,5-5,0, el medio de cultivo se pasa al fermentador, que esta equipado con un agitador vertical, con un sistema de introducción de aire esterilizado por filtración y con serpentines para mantener la temperatura deseada. El hongo se introduce por medio de conducciones estériles y con ayuda de aire a presión. Durante el crecimiento el medio se esteriliza con vapor a presión, y la temperatura se mantiene entre 23 y 25 ºC. El aire estéril permite el crecimiento del hongo aerobio, y la agitación facilita su uniforme distribución en el seno del liquido. Se requiere un volumen de aire por minuto y por volumen de medio de cultivo. El proceso se controla intervalos que oscilan entre 3 y 6 horas; al cabo de unas 50 a 90 horas el crecimiento se va haciendo mas lento, lo que indica que el hongo se ha desarrollado por completo. La masa se enfría a 5 ºC. a causa de la inestabilidad de la penicilina a la temperatura ambiente, y se separa el micelio en un filtro de tambor rotatorio. 

En el procedimiento antiguo, la penicilina se extraía del filtrado por adsorción sobre carbón vegetal. Se eluía con acetato de amilo, una vez concentrado el eluido se enfriaba a 0 ºC y se acidificaba hasta pH 2,0 con un ácido orgánico. En el proceso de extracción por disolvente, se omite el paso de adsorción con carbón activo y el liquido filtrado (llamado "beer") se ajusta a pH 2,5 con ácido fosfórico en la misma conducción. Se efectúa una extracción continua a contracorriente con acetato de amilo y luego con cloroformo, concentrándose en sucesivos extractores centrífugos tipo Podbielniak, y el liquido final se trata con tampón de fosfato y bicarbonato sódico para formar la sal sódica.

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La producción de penicilina como otros procesos biotecnológicos está dominada
por su aspecto competitivo entre los grandes laboratorios productores, que realizan
permanentes esfuerzos de mejoramiento en cada área del proceso: cepa,
fermentación y separación. El proceso a grandes rasgos implica el cultivo de P.
chrysogenum en reactores de volumen creciente hasta una escala de 500.000 1,
separación del micelio por filtración y extracción del antibiótico del caldo, seguida
por la cristalización o precipitación ácida del mismo.

La citogenética molecular

 DEFINICIÓN

 La Citogenética es el campo de la Genética que comprende el estudio de la estructura, función y comportamiento de los cromosomas. Incluye análisis de Bandeado G en cromosomas, otras técnicas de bandeado citogenético, y también la citogenética molecular del tipo de hibridación por fluorescencia in situ (FISH) e hibridación por genómica comparativa (CGH).

Una nueva forma de analizar el genoma humano surge con la aparición de la citogenética a finales de la década de los cincuenta. Las aportaciones de ésta tecnología permitieron agrupar los cromosomas por su tamaño y posteriormente fue posible caracterizarlos individualmente en la década de los setenta. Posteriormente han surgido las técnicas de hibridación in situ fluorescente conocido como FISH, o técnica de citología molecular, la cual permitió incrementar la caracterización de las aberraciones cromosómicas.

Usos en medicina

En algunos tipos de cáncer, concretamente en noeplasias hematológicas, los citogenéticos pueden determinar qué translocaciones cromosómicas están presentes en las células malignas, facilitando el diagnóstico y la susceptibilidad al tratamiento (por ejemplo el mesilato de imatinib en casos del cromosoma Filadelfia).

Hibridación por fluorescencia in situ significa utilizar sondas marcadas por fluorescencia para hibridar preparaciones citogenéticas de células.

Además de en las preparaciones estándar, la FISH también se puede utilizar en:

frotis de médula ósea

frotis de sangre

preparaciones de tejido incluidas en parafina

muestras de tejido disociadas enzimáticamente

médula ósea sin cultivar

amniocitos sin cultivar

preparaciones de células centrifugadas

 

La citogenética convencional permite estudiar los cromosomas de las células obtenidas tras el cultivo in vitro de las mismas.  

La citogenética puede ser utilizada tanto para el estudio de enfermedades congénitas como enfermedades adquiridas. El diagnóstico del síndrome de Down o el síndrome de Patau son algunos ejemplos de alteraciones numéricas congénitas (caracterizados por la trisomía 21 y la trisomía 13 respectivamente). Otro ejemplo sería la descripción de una deleción terminal en el brazo corto del cromosoma 5, que permite diagnosticar el síndrome del Cri du Chat. 

 

Actualmente continúan evolucionando los conocimientos generados con nuevas tecnologías que han permitido mejorar el diagnóstico de las leucemias. El objetivo de éste trabajo es revisar precisamente dichas metodologías diagnósticas en leucemia, basadas en la tecnología molecular.

Con el FISH se obtienen diagnósticos rápidos y precisos en anomalías cromosómicas totales y parciales y en alteraciones específicas -Microdeleciones- como el Retinoblastoma, el Síndrome X-Frágil, Síndrome Prader-Willi, Angelman, Miller-Dieker, DiGeorge, Velocardiofacial, Smith-Magenis, Williams, Cri du Chat.
El diagnóstico mediante el FISH se hace en núcleos interfásicos obtenidos mediante amniocentesis, biopsia de vellosidad corial, cordocentesis, con el objetivo de identificar las alteraciones cromosómicas más frecuentes.

 

APLICACIONES DE LA CITOGENESIS MOLECULAR  

Esta tecnología abrió la posibilidad de estudiar regiones específicas de la cromatina directamente sobre los cromosomas, gracias a la información derivada de la secuencia misma del ADN, y no solamente por simples características morfológicas. Como consecuencia, la citogenética molecular ha adquirido una importancia cada vez mayor en los diferentes proyectos de mapeo genético que se adelantan actualmente. 

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Las enfermedades genéticas son de cuatro tipos: enfermedades
de herencia mendeliana o monogénica, enfermedades
multifactoriales, enfermedades mitocondriales y enfermedades
cromosómicas.

LA QUIMIOTERAPIA ANTIMICROBIANA

La Microbiología se puede definir, sobre la base de su etimología, como la ciencia que trata de los seres vivos muy pequeños, concretamente de aquellos cuyo tamaño se encuentra por debajo del poder resolutivo del ojo humano. Esto hace que el objeto de esta disciplina venga determinado por la metodología apropiada para poner en evidencia, y poder estudiar, a los microorganismos.

• Los agentes antimicrobianos ideal son selectivos en que se centrará en el microorganismo, pero no la célula. 
• La quimioterapia es el tratamiento de una enfermedad con compuestos químicos.

• Los agentes quimioterápicos pueden ser de síntesis (compuestos químicos obtenidos en el laboratorio) o antibióticos (sustancias naturales producidas por bacterias y hongos que inhiben el crecimiento de otros microorganismos).

• Los investigadores están haciendo frente al problema de la resistencia microbiana a antibióticos.
  

  
  Agentes antibacterianos 
  
  En general, la investigación de nuevos antibióticos se ha centrado en la modificación química de moléculas antibióticas existentes. La presencia de sustancias antibióticas en la naturaleza se explica como un mecanismo de competencia y defensa entre microorganismos; así, mientras unos sintetizan antibióticos, otros desarrollan mecanismos de resistencia, estableciéndose un equilibrio dinámico poblacional.
  

  

  
  La Antártica, uno de los pocos lugares con escasa intervención humana, es zona ideal para la búsqueda de microorganismos productores de sustancias antibacterianas y de bacterias que resistan la acción de estos compuestos.
  

  
  

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• LOS MICROORGANISMOS Y LAS ENFERMEDADES HUMANAS
  
• Todos poseemos una microflora normal en nuestro cuerpo.

• La capacidad de producir enfermedad de una especie microbiana y la resistencia del huésped son factores importantes que determinan si un individuo va a sufrir una enfermedad.
   
• LOS MICROORGANISMOS Y EL BIENESTAR HUMANO
  
• Los microorganismos degradan los animales y plantas muertas, reciclando elementos químicos para que puedan ser utilizados por plantas y animales vivos.

• Para descomponer la materia orgánica de las aguas residuales se utilizan bacterias.

• Las bacterias causantes de enfermedades en los insectos están siendo utilizadas para el control biológico de algunas plagas; son específicas del insecto causante de la plaga y no alteran el medio ambiente.

• Pueden emplearse microorganismos en la manufactura de alimentos y ellos mismos pueden ser fuente de alimentos (proteína unicelular).

• Gracias a las técnicas de DNA recombinante las bacterias pueden producir prorteínas humanas importantes como insulina e interferones.