sábado, 30 de mayo de 2009

Aplicaciones de los microorganismos

Los microorganismos han sido utilizados por el hombre para obtener diversos productos desde la antigüedad. Aun sin conocer el fundamento científico en el que se basan, las fermentaciones han permitido el uso de alimentos tan tradicionales como el pan o las bebidas alcohólicas desde hace miles de años.

Industrias alimenticias

Fabricación del pan

El pan se obtiene mediante una fermentación alcohólica del trigo, llevada a cabo por una especie de levadura: Saccharomyces cerevisiae.

En primer lugar se mezclan harina, sal y levadura. La harina contiene, entre otras enzimas activas, amilasas que, en contacto con el agua, se activan e hidrolizan el almidón, liberando glúcidos más pequeños, en particular disacáridos y monosacáridos. Estas sustancias son utilizadas como nutrientes por la levadura que, puesto que el proceso tiene lugar en presencia de agua, los transforma en CO2 y etanol. El dióxido de carbono queda atrapado en el interior de la masa formando una gran cantidad de pequeñas burbujas. La cocción de la masa consigue varios objetivos: en primer lugar, elimina el etanol; también reduce la cantidad de agua presente en la masa y, por último, hace que aumente el volumen de las burbujas de CO2, con lo que el pan se hace más esponjoso.

Fabricación de bebidas alcohólicas (vino y cerveza)

En ambos casos el proceso es también una fermentación alcohólica llevada a cabo por Saccharomyces cerevisiae. La diferencia fundamental con la producción de pan es que, en este caso, interesa conservar el etanol como producto final.

La fabricación del vino parte de la obtención del mosto mediante prensado. El mosto contiene una considerable cantidad de azúcares, especialmente fructosa y glucosa. Asimismo, la piel de la uva contiene levadura de forma natural, aunque en la actualidad suelen añadirse cepas seleccionadas para controlar mejor el proceso.

La levadura comienza rápidamente la fermentación del mosto, dando lugar a etanol y dióxido de carbono como productos finales. En los vinos espumosos el CO2 se conserva, pero en el resto de los casos se elimina por evaporación o de forma artificial.


El proceso de vinificación (animación)

La producción de cerveza es más complicada desde el punto de vista técnico. En general, el punto de partida son los granos de cebada que, en lugar de convertirse en harina, se hacen germinar empapándolos en agua (malteado). Esto hace que la semilla movilice sus reservas, almacenadas fundamentalmente en forma de almidón, para transformarlas en glúcidos sencillos. Al producto resultante, una vez detenida la germinación, se le añade lúpulo, que da a la cerveza su característico sabor amargo. El siguiente paso es la fermentación alcohólica, que da como resultado etanol y dióxido de carbono, ambos presentes en el producto final.


Leches fermentadas y queso

Los diferentes tipos de yogures y productos relacionados son, en general, productos de la fermentación láctica de la leche, llevada a cabo por algunos tipos de bacterias. El principal producto de esta fermentación es el ácido láctico.

La producción del queso es algo más complicada: en primer lugar requiere la utilización de una enzima procedente del estómago de los terneros, la renina, (el cuajo) que provoca la desnaturalización de las proteínas de la leche. El cambio de conformación tridimensional que esto supone hace que se forme una retícula tridimensional que retiene otros compuestos, lo que da al queso su textura más o menos sólida. Además, las bacterias lácticas llevan a cabo una fermentación similar a la que se da en la producción del yogur. El producto de la fermentación y el cuajado de la leche es una mezcla de una masa sólida (cuajada) y una sustancia líquida (el suero), que deben separarse en la siguiente fase de la producción. Dicha separación se hace por filtración a través de telas limpias. A continuación se añade sal a la cuajada, y se deja madurar. En el proceso de maduración pueden intervenir otras bacterias, o incluso hongos (quesos azules).

Industrias químicas

La industria química y farmacéutica también utiliza los microorganismos como herramienta para la producción de compuestos de interés de diferente naturaleza. La aplicación más extendida en este ámbito es la producción de antibióticos: todos estos compuestos son productos biológicos, resultado de la actividad metabólica de algún organismo. También tiene una importancia considerable en la actualidad la producción de proteínas de interés económico, tanto con aplicaciones médicas (como anticuerpos) como industriales. La producción de vacunas a partir de bacterias o de virus inactivados, o de ciertos compuestos orgánicos como el etanol, la acetona, el vinagre... también se incluyen en este tipo de industrias.

Producción de antibióticos

Los antibióticos son sustancias químicas producidas por un ser vivo (o derivados sintéticos de ellas) que, incluso a bajas concentraciones, son capaces de matar o de detener el crecimiento de ciertos microorganismos sensibles. No está clara la función que estas sustancias tienen para el organismo que las producen, pero su actividad ha sido aprovechada, desde los años 30 del siglo XX, como herramienta médica en el tratamiento de enfermedades infecciosas.

La producción industrial de un nuevo antibiótico empieza con un proceso de investigación para buscar nuevas sustancias con este tipo de actividad. Las técnicas tradicionales consisten en cultivar muestras de tierra, aislando los microorganismos que crecen en ella, y comprobar si las cepas de microorganismo aisladas tienen actividad antibiótica. Una vez comprobada la eficacia de las nuevas sustancias, se inician los procesos de mejora genética, para aumentar el rendimiento en la producción del producto, y de cultivo industrial.

El proceso industrial propiamente dicho consiste en el cultivo del microorganismo en grandes tanques llamados fermentadores, donde se le hace crecer hasta la fase de su ciclo vital en que produce el antibiótico.

Los microorganismos se utilizan también en la industria química para producir otros tipos de compuestos de interés: algunas sustacias orgánicas como el etanol, el ácido ácético... proceden, básicamente, de procesos microbiológicos. También se obtienen gracias a la biotecnología anticuerpos que se utilizan en inmunoterapia, bacterias o virus para la elaboración de vacunas o enzimas de interés industrial o farmacéutico.

Aplicaciones ambientales de la biotecnología

La biotecnología se empieza a utilizar como herramienta de tratamiento de problemas ambientales, básicamente en dos aspectos:
  • Biodegradación: descomposición de materiales gracias a la acción de microorganismos.
  • Biorremediación: eliminación de contaminantes del medio gracias a la actividad metabólica de ciertos micoorganismos.
La gran diversidad de especies microbianas, adaptadas a una gran cantidad de nichos ecológicos diferentes, proporciona múltiples oportunidades de aprovechar algunas de las rutas metabólicas de estos organismos con fines industriales o, en este caso, ambientales. Por ejemplo, las bacterias del género Pseudomonas son capaces de obtener energía de la degradación de hidrocarburos. Estos organismos, o sus genes, se utilizan en la actualidad para eliminar manchas de petróleo resultado de vertidos en el mar. También se utilizan algunos organismos con capacidad de degradar sustancias tóxicas, o de asimilar metales pesados, en la retirada de estos compuestos del medio ambiente.