Como, por ejemplo:

• Bacterias

• Virus

• Hongos

• Protozoos

Las principales biomoléculas son:

• Carbohidratos: Fuente de energía principal en rutas como la glucólisis y el ciclo de Krebs. También forman estructuras como el peptidoglucano en bacterias y la quitina en hongos.

• Lípidos: Componen las membranas celulares (fosfolípidos) y estructuras específicas como los lipopolisacáridos en bacterias gramnegativas. También funcionan como reserva energética.

• Proteínas: Catalizan reacciones metabólicas (enzimas), aportan estructura (flagelos y pili) y participan en el transporte y regulación celular.

• Ácidos Nucleicos: El ADN almacena la información genética para la replicación y funcionamiento del microorganismo. Mientras que el ARN participa en la síntesis de proteínas y en procesos reguladores.

Estas biomoléculas son la base de los procesos metabólicos que permiten a los microorganismos crecer, reproducirse y adaptarse al entorno.

• Fase de Latencia: Adaptación al medio.

• Fase Exponencial: Rápida división celular.

• Fase Estacionaria: Equilibrio entre división y muerte celular.

• Fase de Declinación: Predomina la muerte celular.

• Catabolismo: Implica la descomposición de moléculas grandes (como carbohidratos, lípidos o proteínas) en moléculas más pequeñas, liberando energía en el proceso.

• Anabolismo: Es el proceso opuesto al catabolismo, donde se utiliza la energía (en forma de ATP) para sintetizar moléculas grandes a partir de otras más pequeñas.

Alimentos

•Bebidas alcohólicas: Levaduras como Saccharomyces cerevisiae son esenciales en la fermentación de azúcares para producir etanol y dióxido de carbono, usados en la fabricación de cerveza, vino y sidra.

•Producción de aditivos alimentarios: Bacterias como Propionibacterium producen ácido propiónico, usado como conservador, y Aspergillus niger genera ácido cítrico, un aditivo común.

Medicina y farmacología

•Producción de antibióticos: Hongos como Penicillium chrysogenum producen penicilina, mientras que bacterias como Streptomyces generan compuestos como estreptomicina y tetraciclinas.

•Vacunas: Microorganismos atenuados o inactivados, como Mycobacterium bovis(BCG para la tuberculosis), se emplean en la inmunización activa contra enfermedades infecciosas.

Medio ambiente

•Biorremediación: Microorganismos como Pseudomonas putida degradan contaminantes como hidrocarburos, compuestos aromáticos y metales pesados, ayudando a limpiar suelos y aguas contaminadas.

•Ciclos biogeoquímicos: Bacterias fijadoras de nitrógeno, como Rhizobium, transforman el nitrógeno atmosférico en compuestos utilizables por las plantas, promoviendo la fertilidad del suelo.

Biotecnología industrial

•Enzimas industriales: Microorganismos como Bacillus subtilis producen enzimas usadas en detergentes, textiles y alimentos (p. ej., amilasas para fabricar jarabes de glucosa).

•Producción de polímeros: Bacterias como Alcaligenes eutrophus sintetizan biopolímeros biodegradables, como el poli(3-hidroxibutirato) (PHB), utilizado como alternativa a los plásticos convencionales.

Los microorganismos necesitan condiciones específicas para su crecimiento en laboratorio. Los métodos de cultivo permiten aislarlos y estudiarlos:

•Medios de cultivo: Se utilizan medios específicos para diferentes microorganismos:

•Medios selectivos: Favorecen el crecimiento de un grupo específico, como el agar MacConkey para bacterias gramnegativas.

•Medios diferenciales: Ayudan a distinguir entre especies con base en sus propiedades bioquímicas (ejemplo: agar sangre para hemólisis).

•Cultivos puros: El aislamiento de un solo microorganismo a partir de una muestra mixta se logra mediante técnicas como el sembrado por estrías o diluciones en serie.

Microscopía

La observación directa de los microorganismos es esencial para identificar sus características morfológicas:

•Microscopía óptica: Permite observar células bacterianas, hongos y protozoos mediante tinciones como la de Gram, que diferencia bacterias en grampositivas y gramnegativas.

•Microscopía electrónica: Utilizada para observar estructuras subcelulares, como flagelos, pili o envolturas virales, con una resolución extremadamente alta.

Identificación bioquímica

Se aplican pruebas para determinar las capacidades metabólicas de los microorganismos:

•Prueba de catalasa: Detecta la presencia de la enzima catalasa al agregar peróxido de hidrógeno (presente en muchas bacterias aeróbicas).

•Prueba de oxidasa: Identifica bacterias que poseen citocromo c oxidasa, importante en la cadena de transporte de electrones.

•Pruebas de fermentación: Determinan qué carbohidratos puede fermentar un microorganismo, como en el caso de la fermentación de lactosa.

Análisis genómico y molecular

El ADN y ARN de los microorganismos se estudian para identificar genes específicos, analizar su expresión y explorar su genoma completo:

•PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa): Amplifica secuencias de ADN específicas para identificar microorganismos o detectar genes relacionados con resistencia antimicrobiana.

•Secuenciación de ADN: Permite conocer el genoma completo de microorganismos, ayudando a identificar especies y a entender sus capacidades metabólicas y adaptativas.

•Electroforesis en gel: Se usa para separar y analizar fragmentos de ADN, ARN o proteínas.

• Patogénesis y virulencia: Estudio de los mecanismos bioquímicos que utilizan los microorganismos para invadir tejidos y evadir el sistema inmunológico. Por ejemplo, las toxinas producidas por Clostridium botulinum interfieren con la transmisión nerviosa causando botulismo.

• Resistencia antimicrobiana: Comprensión de las vías metabólicas y génicas que confieren resistencia a los antibióticos, como la producción de β-lactamasas que degradan penicilinas.

• Microbiota y salud: Análisis de las interacciones metabólicas entre los microorganismos comensales y el organismo huésped, y su impacto en enfermedades inflamatorias, obesidad y cáncer.

Los microorganismos pueden obtener energía de dos formas principales:

• Fotótrofos:

  Utilizan la luz como fuente de energía para realizar procesos metabólicos.

  Poseen pigmentos fotosintéticos como la clorofila o las bacterioclorofilas.

  Ejemplos: Cianobacterias (realizan fotosíntesis oxigénica, liberando O₂).

  Bacterias púrpuras o verdes (realizan fotosíntesis anoxigénica, sin liberar O₂).

• Quimiótrofos:

  Obtienen energía de la oxidación de compuestos químicos.

  Se subdividen en:

  Quimioautótrofos: Oxidan compuestos inorgánicos (nitrógeno, azufre, hierro) para obtener energía.

  Ejemplo: Nitrosomonas (oxidan amonio a nitrito).

• Quimioheterótrofos:

  Oxidan compuestos orgánicos (glucosa, ácidos grasos) para obtener energía.

  Ejemplo: Escherichia coli (usa glucosa como fuente de energía).

  
  

Según su fuente de carbono

Los microorganismos necesitan carbono para construir sus moléculas orgánicas:

• Autótrofos:

  Utilizan el dióxido de carbono (CO₂) como su única o principal fuente de carbono.

  Mediante procesos como la fijación del carbono (Ciclo de Calvin o ruta reductiva del acetil-CoA), convierten CO₂ en compuestos orgánicos.

  Ejemplo: Cianobacterias y bacterias oxidantes del azufre.

• Heterótrofos:

  Obtienen carbono de compuestos orgánicos preformados (carbohidratos, lípidos, proteínas).

  Estos compuestos son degradados y usados para generar energía y moléculas necesarias para el crecimiento.

  Ejemplo: Hongos y muchas bacterias como Pseudomonas.

Combinaciones de fuentes de energía y carbono

Los microorganismos pueden clasificarse combinando ambos criterios:

• Fotoautótrofos:

  Usan luz como fuente de energía y CO₂ como fuente de carbono.

  Ejemplo: Cianobacterias.

• Fotoheterótrofos:

  Usan luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuente de carbono.

  Ejemplo: Bacterias púrpuras no sulfurosas (Rhodobacter).

• Quimioautótrofos:

  Usan compuestos inorgánicos como fuente de energía y CO₂ como fuente de carbono.

  Ejemplo: Bacterias nitrificantes.

• Quimioheterótrofos:

  Usan compuestos orgánicos como fuente de energía y carbono.

  Ejemplo: Escherichia coli y levaduras

Adaptaciones metabólicas

Algunos microorganismos son mixótrofos, lo que significa que pueden cambiar su estrategia metabólica según las condiciones del ambiente.

• Expresión génica: Investigación sobre cómo los genes en bacterias regulan la producción de enzimas y transportadores, como en el caso de los sistemas de resistencia a antibióticos.

• Edición genética: Uso de herramientas como CRISPR-Cas9, derivadas de sistemas inmunitarios bacterianos, para modificar genomas humanos o de otros organismos.

• Mutaciones y evolución: Estudio de las mutaciones en microorganismos que conducen a adaptaciones bioquímicas, como la evolución de cepas resistentes a antibióticos.

• Producción de proteínas terapéuticas: Uso de bacterias modificadas genéticamente, como Escherichia coli, para producir insulina humana, hormona de crecimiento y otros medicamentos.