Se define como microorganismo a un organismo microscópico constituido por una sola célula o agrupación de células. Se consideran como tales a las bacterias, los hongos (levaduras y hongos filamentosos muy pequeños), e incluye también a los virus, aunque la estructura de ellos es más simple y no llega a conformar una célula.
La ciencia biológica que se dedica al estudio de estos organismos; donde, como viven y su impacto en la humanidad se le conoce como microbiología.
La microbiología industrial es la rama de la microbiología que estudia la aplicación de la biotecnología de los microorganismos en la industria. Esto implica la utilización de sistemas biológicos en diferentes procesos industriales. En general puede abarcar diferentes ámbitos:
- Fabricación de diferentes compuestos orgánicos.
- Transformación de productos, hecho que cada día tiene más importancia, puesto que las reacciones mediadas por los seres vivos ocurren en condiciones de presión, temperatura,... normales. Por lo tanto puede ser más barato el uso de seres vivos, ya que no se requieren condiciones especiales. Además, en muchos casos serán reacciones más eficaces que las químicas. Se ha de tener en cuenta siempre que la industria buscará la mayor eficiencia posible y la reducción de costes, ya que lo que interesa es tener beneficios.
- Reacciones con compuestos inorgánicos, como puede ser el caso de la lixiviación de metales.
- Producción de biomasa, con diferentes finalidades. A menudo el producto final de las reacciones son los propios microorganismos, por su valor en alimentación humana, como Saccharomyces,... o animal, como las SCP.
- Degradación de sustancias, como puede ser la depuración de aguas, el tratamiento de residuos,...
- Biosensores, determinación de la presencia de sustancias, mediante sistemas biológicos. También puede servir en los controles de calidad. Está adquiriendo una gran importancia en los últimos años, ya que es una muy importante herramienta de análisis.
Para llevar a cabo estos procesos es necesario que esos microorganismos realicen una serie de reacciones, este proceso es conocido como biocatalisis.
Los principales microorganismos usados en los procesos biocataliticos son los hongos (levaduras y mohos) y algunas procariotas, particularmente del genero Streptomyces, estos son capaces de ser manipulados a gran escala para producir uno o mas productos con un alto rendimiento. Los principales son:
1.- Levaduras: Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan y bebidas alcohólicas. La levadura que sin duda fué la primera y aún hoy en día sigue siendo la más utilizada por el hombre es Saccharomyces cerevisiae de la que se emplean diferentes cepas para la fabricación de cerveza, vino, sake, pan y alcoholes industriales. Kluyveromyces fragilis es una especie fermentadora de la lactosa que se explota en pequeña escala para la producción de alcohol a partir del suero de la leche. Yarrowia lipolytica es una fuente industrial de ácido cítrico.Trichosporum cutaneum desempeña un importante papel en los sistemas de digestión aeróbica de aguas residuales debido a su enorme capacidad de oxidación de compuestos orgánicos, incluídos algunos que son tóxicos para otras levaduras y hongos, como los derivados fenólicos.
2.- Hongos filamentosos: Los hongos tienen una gran importancia económica, no tan sólo por su utilidad, sino también por el daño que pueden causar. Los hongos son responsables de la degradación de gran parte de la materia orgánica de la Tierra, una actividad enormemente beneficiosa ya que permite el reciclaje de la materia viva. Por otro lado, los hongos causan gran cantidad de enfermedades en plantas y animales y pueden destruir alimentos y materiales de los que depende el hombre. Los efectos perjudiciales de los hongos están contrarrestados por su utilización industrial. Los hongos son la base de muchas fermentaciones como la combinación de soja, habichuelas, arroz y cebada que dan lugar a los alimentos orientales miso, shoyu y tempeh. Los hongos son también la fuente de muchos enzimas comerciales (amilasas, proteasas, pectinasas), ácidos orgánicos (cítrico, láctico), antibióticos (penicilina), quesos especiales (Camembert, Roquefort) y, evidentemente, de las setas.
3.- Bacterias: Entre las especies bacterianas de interés industrial están las bacterias del ácido acético, Gluconobacter y Acetobacter que pueden convertir el etanol en ácido acético. El género Bacillus es productor de antibióticos (gramicidina, bacitracina, polimixina), proteasas e insecticidas. Del género Clostridium cabe destacar Clostridium acetobutylicum que puede fermentar los azúcares originando acetona y butanol. Las bacterias del ácido láctico incluyen, entre otras, las especies de los géneros Streptococcus y Lactobacillus que producen yogur. Corynebacterium glutamicum es una importante fuente industrial de lisina. El olor característico a tierra mojada se debe a compuestos volátiles (geosmina) producidos porStreptomyces aunque su principal importancia radica en la producción de antibióticos como anfotericina B, kanamicina, neomicina, estreptomicina, tetraciclina, etc.
Ya sea bacteria o levadura, existen varias características que debe cumplir un microorganismo para su uso en la industria:
- El tamaño de la célula debe ser pequeño para facilitar el intercambio de sustancias con el entorno y permitir, de esta forma, una elevada tasa metabólica.
- Producir la sustancia de interés.
- Estar disponible en cultivo puro.
- Ser genéticamente estable.
- Crecer en cultivos a gran escala.
- Crecer rápidamente y obtener el producto deseado en un corto período de tiempo.
- No ser patógeno para el hombre o para los animales o plantas.
- El medio de cultivo debe estar disponible en grandes cantidades y ser relativamente barato.
Los productos microbianos con interés industrial son de varios tipos principales. Estos son:
· Células (levaduras cultivadas para alimentos)
· Sustancias producidas por células (glucosa isomerasa, esteroides, aspartamo, etc..)
Dentro de las aplicaciones que se les da a los microorganismos se encuentran:
Producción de metabolitos primarios y de productos relacionados | ||||||||
| Bebidas alcohólicas | Vinos Cervezas | Saccharomyces | ||||||
| Etanol | Etanol industrial | |||||||
| Ácido láctico | Lactobacillus | |||||||
| Productos lácticos | Leches fermentadas Quesos | Bacterias lácticas | ||||||
| Embutidos | ||||||||
| Vegetales fermentados: col ácida,... | ||||||||
| Ácido acético | Vinagre | Acetobacter | ||||||
| Ácido cítrico | Aspergillus | |||||||
| Ácido propiónico | Quesos Emmental | Propionibacterium | ||||||
| Alimentos orientales fermentados | Salsa de soja, miso, kimchi, sutu, tempeh,... | Floriduras y bacterias lácticas | ||||||
| Aminoácidos | L – Glutámico L – Lisina | Corynebacterium | ||||||
Producción de metabolitos secundarios | ||||||||
| Antibióticos | β – lactámicos Tetraciclinas Peptídicos Aminoglicósidos | Penicilium Streptomyces Bacillus Streptomyces | ||||||
| Alcaloides | Ergotamina | Claviceps | ||||||
| Pigmentos | Astaxantina | Phaffia | ||||||
Producción de otros componentes biológicos | ||||||||
| Polisacáridos | Dextrano Xantano | Leuconostoc Xanthomonas | ||||||
| Bioplásticos | Polihidroxialcanatos | Alcaligenes | ||||||
| Vitaminas | B12 Riboflavina | Pseudomonas Ashbya | ||||||
| Transformación de esteroides | Floriduras Streptomyces | |||||||
Aplicaciones ambientales |
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| Depuración de aguas residuales | Fangos activos | Bacterias aerobias Protozoos |
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| Depuración de materia orgánica semisólida | Biodigestión anaerobia | Bacterias anaeróbicas Arqueas Metanógenes |
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| Biodegradación de xenobióticos | Biodegradación de hidrocarburos | Pseudomonas |
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Aplicaciones analíticas |
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| Biosensores | Análisis de glucosa | Aspergillus |
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| Bioensayos | Tests de Toxicidad ambiental | Photobacterium |
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| Tests mutagénicos | Test de Ames | Salmonela |
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| Producción de biomasa microbiana |
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| Microorganismos unicelulares | Levadura de panificación | Saccharomyces |
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| Proteína unicelular bacteriana | Methylophilus |
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| Proteína unicelular de levaduras | Candida |
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| Microalgas | Chlorella Scenedesmus Spirulina |
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| Esporas bacteriana | Bioinsecticidas | Bacillus |
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| Biomasa fúngica | Proteína unicelular fúngica | Paecilomyces |
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| Cultivo de setas | Morchella |
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Producción de enzimas y otras proteínas |
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| Enzimas | Amilasas | Aspergillus |
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| Proteasas | Bacillus |
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| Hormonas | Insulina humana | Escherichia |
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| Otras proteínas | Interferón humano | Escherichia |
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Al método para conseguir estos productos se les conoce como biotransformacion; la biotransformacion es el empleo de un biocatalizador (enzimas o células) para lograr una biotransformacion bajo condiciones adecuadas con el objetivo de obtener un producto de una utilidad aplicada concreta.
BIBLIOTECA SALVAT DE GRANDES TEMAS: La vida microscópica.
Salvat editores, s.a. Págs. 48 – 87.
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