¿Quién hace el salitre?

La fabricación de Polvora de Francisco de Goya (Origen de la imagen: Arte Historia)

Hoy hemos explicado en clase que uno de los negocios más lucrativos en el siglo XVI era la de productor de salitre, uno de los componentes de la pólvora. El salitre (nitrato potásico y nitrato sódico) se producía de una forma bastante curiosa. Se escogía un pequeño monte con una pendiente suave. En la cima se construía un establo para caballos o vacas. La orina de los animales se recogía y se canalizaba hacia una de las pendientes. En dicha pendiente se construía una serie de canales que permitían que dicha orina percolase en el suelo. En las partes inferiores de la ladera se iba acumulando poco a poco un precipitado cristalino que era recogido.

¿Qué tipo de bacterias son las responsables de la producción del salitre? ¿Qué reacciones llevan a cabo?

¿Cuánto pesa la biomasa de un microbio?

origen de la imagen

Este es un problema de matemáticas más que de microbiología, pero su objetivo es que se comprenda que una cosa es ser muy pequeño y otra, ser muy numeroso.

Asumiendo que hay 10²⁷ células de Pelagibacter ubique en todos los mares y suponiendo que el volumen medio de una célula es el de 1 micra cúbica y que su densidad es la misma que la del agua para hacer más sencillos los cálculos.

¿Cuánto pesa la biomasa planetaria de Pelagibacter ubique?


Compararla luego con la biomasa total humana (Tirando por lo alto, 6.500 millones de seres humanos con un peso medio de 60 kilos por ser humano).

Aspergillus niger y el citrato

Las siguientes cuestiones son un tema de investigación bibliográfica. No un problema práctico en si mismo.

En 1915 Italia decidió entrar en la Primera Guerra Mundial. La involucración en dicho conflicto significó que una gran parte de la fuerza laboral agrícola que disponía se consumiera en los frentes de batalla. Una de las muchas consecuencias fue que la cosecha de cítricos se echó a perder al completo, lo cual provocó una caída en la producción industrial de ácido cítrico. Y el ácido cítrico es uno de los compuestos esenciales de la industria química moderna. Así que todos los científicos del planeta se pusieron a buscar una fuente alternativa de dicha molécula.

Fue el químico norteamericano James Currie quien se llevó el premio en 1917. Descubrió que el moho Aspergillus niger secretaban grandes cantidades de ácido cítrico cuando se cultivaba en unas determinadas condiciones.

Preguntas:

- ¿Qué tenían de especial dichas condiciones?

- ¿Qué ventaja le supone secretar ácido cítrico al moho Aspergillus niger?

- ¿Por qué hay tan pocos seres vivos que pueden aprovechar el ácido cítrico como fuente de carbono?

Tratamiento de aguas residuales. Balance de masas.

Se está estableciendo un proceso de depuración de aguas residuales en continuo. En la primera etapa del proceso la cantidad total de materia en suspensión que entra en el biorreactor es de 1.000 toneladas por día. Ese agua residual es tratada con un inóculo de 10.000 kilos de fangos activos. Tras esa primera etapa, la materia en suspensión se ve reducida hasta un 10% de la concentración inicial. Se ha comprobado que las baterias presentes en los fangos activos degradan completamente a CO2 y H2O hasta un 75% de la materia introducida.

Asimismo, los microorganismos presentes en los fangos activos tienen una velocidad de crecimiento de 8.333 kilos por hora y una tasa de muerte celular de 30 kilos por hora. La masa acumulada de microorganismos en el interior del biorreactor es de 2.470 kilos por hora.

Escribir los balances de masa acumulada en el biorreactor para la materia en suspensión y para las bacterias de los fangos activos que salen del mismo.

Bacterias sabueso

Mediante Ingeniería Genética un grupo ha construido un mutante de Escherichia coli en el sistema biosensor que activa el movimiento del flagelo.

Si inoculamos la cepa silvestre, llamada Cepa-1, en agar semisólido la bacteria puede "nadar" y difundir alrededor:

Cepa silvestre:

(*)cliquear en la imagen para verla más grande

En la cepa mutante, llamada Cepa-2, se ha delecionado el gen cheZ que codifica para la proteína CheZ. Sin esa proteína el control de movimientos del flagelo se pierde.

Primera cuestión: ¿Cómo se comportará dicho mutante? ¿La difusión en agar semisólido será mayor o menor que en la cepa silvestre?

A continuación el grupo investigador toma esa cepa carente de CheZ y le introducen un plásmido que contiene el gen de dicha proteína, pero bajo el control de un ribointerruptor (riboswitch). Esta nueva cepa recibe el nombre de Cepa-3.

El ribointerruptor funciona de la siguiente forma:

• En ausencia de una molécula, llamémosla molécula A, el mRNA mensajero del gen cheZ no se puede traducir por los ribosomas.


• En presencia de la molécula A, el mRNA del gen cheZ se puede traducir por los ribosomas.

Los investigadores inoculan la Cepa-3 en una placa de agar semisólido en donde se ha añadido una gota conteniendo la molécula A en uno de los lados de la placa.

Segunda cuestión: ¿Cómo se comportará la Cepa-3 en dicha placa? ¿Se alejará o se acercará a la molécula A?


Este grupo investigador además ha introducido el gen de la Proteína Verde Fluorescente o GFP (Green Fluorescent Protein) en la Cepa-3, consiguiendo así la Cepa-4. Esta bacteria emite fluorescencia verde gracias a dicha proteína

Tercera cuestión: ¿Qué utilidad práctica podría tener la Cepa-4?

(*)Figura producida a partir del libro "Brock. Biología de los microorganismos" de la Editorial Pearson

Biodeterioro del patrimonio cultural

Un gran número de cuevas que contienen pinturas prehistóricas (Altamira, Cueva de los Murcielagos, ...) han sido cerradas a las visitas públicas para evitar el deterioro de las mismas. A pesar de la oscuridad y la falta de nutrientes del entorno, los microorganismos pueden crecer. La combinación entre el dióxido de carbono producido por los visitantes y los microbios que viven en la superficie de la roca producen la degradación de las pinturas. En una primera fase se intentó evitar dicha degradación mediante el uso de agentes químicos pero dichos agentes biocidas demostraron ser mucho más agresivos contra las pinturas que contra los microorganismos. Se ha observado que la primera etapa de biodeterioro de una pintura suele comenzar con la aparición de una mancha verde-azulada. Sobre esa mancha verde-azulada se va disponiendo un biofilm compuesto de una gran diversidad de bacterias y hongos que van atacando la pintura.

Recientemente, la Comunidad Europea ha iniciado un proyecto cuyo objetivo es evitar dicha degradación y permitir la reanudación de las visitas. Hay varios grupos investigadores y cada uno ha desarrollado una determinada estrategia para resolver el problema. Aquí se describen las dos más prometedoras en cuanto a sus resultados preliminares y una que ha fracasado:

• Estrategia A: Iluminar las cuevas con una luz verde-azulada. Se ha observado que evita la aparición de las manchas del mismo color y por lo tanto no se desarrolla el biofilm posterior.

• Estrategia B: Utilización de sideróforos sintéticos. Los sideróforos son moléculas quelantes para el hierro. Esta estrategia se utiliza tanto en los estados iniciales de la formación del biofilm, como en los más avanzados. Se observa una disminución del crecimiento del biofilm e incluso su desaparición.

• Estrategia C: Utilización de antibióticos específicos. La utilización de fungicidas, o de bactericidas que solo atacasen un determinado grupo de microorganismos (antibióticos contra Gram + o contra Gram -) hace disminuir la población de dichos microorganismos en el biofilm. Sin embargo, el tratamiento no parece ser efectivo ni siquiera inicialmente, pues no se observa ningún tipo de disminución en el crecimiento del biofilm durante el tratamiento. Para empeorar las cosas, a largo plazo aparecen microorganismos resistentes contra dichos compuestos, con lo que dicho tratamiento deja de ser efectivo por completo.

Preguntas:

1. ¿Qué tipo de microorganismos se ven afectados por la estrategia A?


2. Considerando la respuesta dada a la pregunta 1, explicar por qué son los primeros microorganismos del biofilm y cómo pueden vivir y reproducirse esos microorganismos en un entorno en oscuridad como el de una caverna


3. ¿Por qué el tratamiento con antibióticos es inefectivo incluso inicialmente?


4. ¿Por qué son efectivos los sideróforos sintéticos en la inhibición del crecimiento del biofilm?


5. ¿Aparecerán microorganismos resistentes contra los sideróforos?

Cianobacterias y biofertilización

Una empresa que produce biofertilizantes está ensayando el potencial de dos especies de cianobacterias como fijadores de nitrógeno. Una de las especies pertenece al género Oscillatoria y la otra al género Anabaena. Debajo se muestra unas gráficas que comparan la eficiencia en la fijación del nitrógeno de ambas especies a lo largo de los ciclos día-noche.




Explica porqué el comportamiento de ambas especies es tan distinto.