Microbiología y Biotecnología

Los microorganismos

Los microorganismos son organismos de tamaño microscópico que incluyen:

• Bacterias (procariotas)
• Arqueas (procariotas)
• Protozoos, algas microscópicas y hongos microscópicos (eucariotas)
• Virus (acelulares — no son células)

Los microorganismos pueden ser:

• Patógenos: causan enfermedades
• Comensales: viven sin causar daño
• Mutualistas: benefician al hospedador (ej: bacterias del intestino)

Los virus

Los virus son entidades acelulares (no son células): no tienen metabolismo propio y solo pueden replicarse en el interior de una célula hospedadora.

Estructura de los virus

Componentes de un virus:

• Ácido nucleico (genoma viral): ADN o ARN, monocatenario o bicatenario, lineal o circular. Contiene los genes necesarios para la replicación.
• Cápside: cubierta proteica formada por capsómeros. Protege el ácido nucleico.

- Formas: icosaédrica, helicoidal o compleja

• Envoltura vírica (en algunos virus): bicapa lipídica con glicoproteínas, derivada de la membrana del hospedador. Ej: virus de la gripe, VIH, herpes.
• Virión: partícula vírica completa y extracelular (cápside + ácido nucleico ± envoltura)

Clasificación:

• Por tipo de ácido nucleico: ADNvirus (ej: herpesviridae, papilomavirus) / ARNvirus (ej: gripe, COVID-19, polio, VIH)
• Por morfología: icosaédrico, helicoidal, complejo (bacteriófagos T4)
• Por hospedador: bacteriófagos (infectan bacterias), fitovirus (plantas), zoovirus (animales)

Ciclo lítico

El ciclo lítico lleva a la destrucción (lisis) de la célula hospedadora.

Fases:

1. Adsorción: el virus se une a receptores específicos de la célula hospedadora
2. Penetración/inyección: el ácido nucleico (y a veces la cápside) entra en la célula
3. Eclipsis (replicación): el virus "secuestra" la maquinaria celular para replicar su genoma y sintetizar proteínas víricas
4. Maduración (ensamblaje): se montan los nuevos viriones
5. Lisis: la célula revienta liberando los nuevos viriones, que infectan nuevas células

Resultado: muerte de la célula hospadadora.

Ciclo lisogénico

En el ciclo lisogénico, el ADN viral se integra en el cromosoma bacteriano como profago y se replica con el ADN bacteriano sin matar la célula.

Fases:

1. Adsorción + inyección del ADN viral
2. El ADN viral (profago) se integra en el cromosoma bacteriano
3. El profago se replica junto con la bacteria (en cada división, las células hijas heredan el profago)
4. Ante determinados estímulos (radiaciones, agentes químicos), el profago puede inducirse → excisión → ciclo lítico

Las bacterias con profago se llaman lisogénicas y son inmunes a ese fago.

📋 Preguntas PAU sobre virus

EBAU — Aragón, junio 2019, opción A, cuestión 4
Respecto a los virus:
a) ¿Cuáles son sus características generales? ¿Por qué se consideran organismos al límite de la vida?
b) Explica el ciclo lítico y el lisogénico de los bacteriófagos. ¿En qué se diferencian?
EBAU — Murcia, junio 2021, pregunta 1.4
Describe la estructura general de un virus e indica los componentes de un bacteriófago.
EBAU — País Vasco, septiembre 2022, opción A, cuestión 4
Los virus no pueden ser considerados seres vivos estrictamente. Explica las razones que justifican esta afirmación.

Las bacterias

Las bacterias son los organismos más abundantes de la Tierra. Son procariotas unicelulares.

Estructura bacteriana:

• Pared celular de peptidoglucano: Gram+ (gruesa) o Gram- (delgada + membrana externa con lipopolisacárido)
• Membrana plasmática
• Citoplasma con ribosomas 70S
• Nucleoide: ADN circular doble sin histonas
• Plásmidos: ADN circular extracromosomal (portadores de genes de resistencia a antibióticos)
• Cápsula (opcional): protección
• Flagelos, pili (adhesión y conjugación)

Reproducción bacteriana: principalmente fisión binaria (asexual). También: transformación, transducción, conjugación (intercambio de plásmidos).

Importancia médica: muchas bacterias son patógenos (tuberculosis, cólera, neumonía); otras son beneficiosas (flora intestinal, biotecnología).

Biotecnología e Ingeniería genética

La biotecnología usa organismos vivos o sus componentes para obtener productos o procesos de utilidad.

La ingeniería genética manipula el ADN de los organismos.

Tecnología del ADN recombinante

Permite insertar fragmentos de ADN de un organismo en el genoma de otro.

Herramientas:

• Enzimas de restricción (endonucleasas de restricción): cortan el ADN en secuencias específicas (palíndromos). Producen extremos cohesivos (pegajosos).
• ADN ligasa: une fragmentos de ADN
• Vectores de clonación: plásmidos (bacterianos) o fagos que transportan el ADN de interés al organismo hospedador
• Células hospedadoras: normalmente E. coli (bacterias)

Proceso básico:

1. Aislar el gen de interés
2. Cortar el gen y el vector con la misma enzima de restricción
3. Unir (ligar) el gen al vector → ADN recombinante
4. Introducir el ADN recombinante en la bacteria hospedadora (transformación)
5. Seleccionar las bacterias transformadas
6. Cultivar las bacterias → expresan el gen → producen la proteína de interés

Aplicaciones: producción de insulina humana, hormona del crecimiento, interferones, vacunas recombinantes.

PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)

La PCR (Polymerase Chain Reaction) permite amplificar millones de copias de un fragmento específico de ADN en pocas horas.

Componentes: ADN molde + cebadores (primers) + nucleótidos + Taq polimerasa (termoestable) + buffer

Ciclos de la PCR:

1. Desnaturalización (94-98 °C): las dos hebras de ADN se separan
2. Hibridación (annealing, 50-65 °C): los cebadores se unen a sus secuencias complementarias
3. Extensión (72 °C): la Taq polimerasa sintetiza la nueva hebra en dirección 5'→3'

Cada ciclo duplica el ADN → 30 ciclos → 2³⁰ ≈ mil millones de copias.

Aplicaciones: diagnóstico clínico, identificación genética, análisis forense, investigación.

Organismos transgénicos

Un organismo transgénico (o modificado genéticamente, OGM) contiene en su genoma uno o varios genes de otra especie (transgén).

Ejemplos:

• Plantas transgénicas: maíz Bt (gen de Bacillus thuringiensis → insecticida), soja resistente a herbicidas, arroz dorado (vitamina A)
• Animales transgénicos: ratones de laboratorio con genes humanos para modelos de enfermedades; vacas que producen proteínas humanas en la leche
• Microorganismos transgénicos: E. coli que produce insulina humana

Aplicaciones de la biotecnología

📋 Preguntas PAU sobre aplicaciones de la biotecnología

EBAU — Aragón, junio 2017, opción B, cuestión 5
Explica qué son las enzimas de restricción y cómo se utilizan en biotecnología. ¿Qué es el ADN recombinante? (2 puntos)
EBAU — Murcia, junio 2023, pregunta 2.4
Describe brevemente el proceso de la PCR. ¿Para qué se utiliza?

EBAU — Extremadura, julio 2022, pregunta 5
¿Qué es un organismo transgénico? Cita dos ventajas y dos inconvenientes de los organismos transgénicos.