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MicrobiologíaMicrobiología
Industrial
Dr. Marcelo Baeza Cancino
Microbiología Industrial
La microbiología industrial y la biotecnología involucran el uso de
microorganismos para lograr metas específicas, creando nuevos productos con
E di d d ll d l i i i
valor monetario o mejorando el ambiente.
Estudio de todos aquellos aspectos de los microorganismos que tienen
una aplicación industrial:
i) Transformación de productos empleados en la alimentacióni) Transformación de productos empleados en la alimentación.
ii) Producción de sustancias: antibióticos, vitaminas, enzimas, así como
en la obtención de masa microbiana (proteína unicelular vacunasen la obtención de masa microbiana (proteína unicelular, vacunas,
fertilizantes microbianos, biopesticidas).
Desarrollo Histórico
Empírico
(El arte de la fermentación) Científico
Ingeniería Genética
1973: transferencia de
información genética de
L i i
información genética de
un organismo a otro.
Los microorganismos 
proporcionaron alimentos y 
bebidas durante más de 8000 
años, sin que se tuviera noción 
d i t i
La fermentación pasa de 
ser un arte (resultados 
imprevisibles) 
a ser una ciencia
Capacidad para crear
(más que aislar) cepas
“SUPERPRODUCTORAS”.
de su existencia. a ser una ciencia 
(resultados previsibles).
Fermentación: una palabra con muchos significados para los
b lmicrobiólogos.
1. Uso de un sustrato orgánico como donador y aceptor de electrones.
2. Cualquier proceso que involucra el cultivo de microorganismos
(aerobios o anaerobios).
3. Cualquier proceso biológico que ocurre en ausencia de O2.
4. Descomposición de alimentos.
5 Producción de bebidas alcohólicas5. Producción de bebidas alcohólicas.
Tipos de fermentaciones de varios microorganismos. 
Tipo de 
fermentación
Productos Organismos
Alcohólica Etanol + CO2 Levadura (Saccharomyces)
Acido láctico Acido láctico Bacterias del ácido láctico 
(Streptococcus, lactobacillus, etc)
Acido mixto Acido láctico, ácido acético, etanol, 
CO2, H2
Bacterias entéricas (Escherichia, 
Salmonella)
Butanediol Butanediol, ácido láctico, ácido acético, 
etanol CO H
Bacterias entéricas (Aerobacter, 
Serratia)etanol, CO2, H2 Serratia)
Acido buritico Acido burítico, ácido acético, CO2, H2 Algunos clostridios (Clostridium 
butyricum)
Acetona – butanol Acetona, butanol, etanol Algunos clostridios (ClostridiumAcetona butanol Acetona, butanol, etanol Algunos clostridios (Clostridium 
acetobutylicum)
Acido propiónico Acido propiónico Propionibacterium
Objetivos de la Microbiología Industrial
Obtención del mayor rendimiento posible de producto a partir del sustrato utilizado. 
Los mas altos rendimientos se obtienen en la síntesis química
Biosíntesis: la energía se utiliza en todos los procesos metabólicos que van a permitir al ser
vivo crecer.
Mientras mas complejo sea el ser vivo, mayor requerimiento para crecer  menor
De ahí que siempre que se puede se utilizan microorganismos No obstante existen una serie
Mientras mas complejo sea el ser vivo, mayor requerimiento para crecer  menor
rendimiento del producto deseado.
De ahí que siempre que se puede se utilizan microorganismos. No obstante existen una serie
de productos que no pueden ser sintetizados por los microorganismos  se recurre primero
a las plantas y sino a los animales.
Obtención de 
productos 
i d i l
1°. Síntesis química
2°. Microorganismos
industriales 3°. Plantas
4°. Animales
MicrobiologíaMicrobiología 
Industrial
BienesBienes
Servicios
alimentos, bebidas, 
productos 
medicinales, etc.,
purificación; 
tratamiento, , tratamiento
(tabla 1 guía)( g )
Productos de interés industrial
Las células microbianas
propiamente tal.
1
Levaduras para panadería o 
industria cervecera.
2
Conversiones biológicas: conversión de un
compuesto en otro estructuralmente
relacionado por intervención de uno orelacionado por intervención de uno o
varias enzimas aportados por las células.
3
Productos 
derivados de 
Macromoléculas que sintetizan 
(enzimas).
d d b li
3
las células
Productos de su metabolismo:
Primario  compuestos 
esenciales para su crecimiento
Enzimas
(glucosa Químicos esenciales para su crecimiento.
Secundario  compuestos no 
esenciales para su desarrollo
)
(glucosa 
isomerasa)
Químicos
(ácido cítrico)
esenciales para su desarrollo
Antibióticos
(ampicilina) Alcoholes
(etanol)
Aditivos alimentos
(aminoácidos)(aminoácidos)
Tipos de metabolitos
Metabolito Primario
Idiofase
Trofofase
Metabolito Secundario
Tipos de metabolitos
Sustrato de 
crecimiento
Sustrato de 
crecimiento
Sustrato de 
crecimiento
Células Células
Metabolito 
Células
Metabolito 
Primario
PrimarioMetabolito 
Primario
Las cels. y metabolitos 
se producen mas/menos 
simultáneamente Metabolito
Metabolito 
Secundario
Metabolito 
Secundario
Después de producidas las
cels estas convierten el
Después de producidas las cels., el
sustrato se convierte en un
metabolito secundario durante un cels., estas convierten el
metabolito primario en uno
secundario.
posterior crecimiento.
Características la producción de metabolitos secundarios
1. Solo lo forman relativamente pocos microorganismos
2. No son esenciales para el crecimiento y la reproducción
3 Muy dependiente del medio y condiciones de crecimiento3. Muy dependiente del medio y condiciones de crecimiento.
con frecuencia es reprimido.
4 P d ió d t t l i d ( tibióti )4. Producción de estructuras relacionadas (antibióticos)
5. Es posible obtener una superproducción de estos, contrario a
lo que sucede con metabolitos primarios.
Metabolito secundario:
1. - Moléculas complejas
2 Requieren gran numero de2. Requieren gran numero de 
reacciones
3. Derivan del metabolismo 
primario
Selección de Microorganismos
para 
Microbiología Industrial
y 
Biotecnología. g
T t l d i ti dTotal de especies estimadas y 
conocidas de diferentes 
grupos microbianos
Porcentajes estimados de 
microorganismos 
cultivables en varios ambientescultivables en varios ambientes
Requerimientos Microorganismo Industrial
1. Genéticamente estable.
2. Alta velocidad de crecimiento.
3. Libre de contaminantes, incluidos fagos (cultivo axénico).
4. Requerimientos nutricionales simples y baratos.
5. Fácil conservación.
6. Fermentación en corto tiempo.
7. Temperatura optima de crecimiento alta.
8. Alto rendimiento y de fácil extracción del producto.
9. Inocuo para personas, animales y plantas.
10. Facilidad para obtención de células.
11. Susceptible de manipulación genética.
Aislamiento directo
Enriquecimiento
Preparación de cultivos puros cuando los microorganismos estan presentes en muy bajo numero
en una muestra: Métodos de plaqueo + uso de medios selectivos = enriquecer - aislar
Ej. bacteria que degrada ácido 2,4-
diclorofenoxiacetico(2,4-D). 

Medio con 2 4 D como única fuente de carbonoMedio con 2,4-D como única fuente de carbono 

Inoculado con muestra 

Incubación,

Aislamiento / subcultivo en mismo medio

Medio enriquecido en bacterias que degradan 2,4-D

Plaqueo en agar 2,4-D

Solamente bacterias capaces de utilizar 2,4-D forman 
colonias visibles y pueden ser subcultivadas.
Enriquecimiento
Efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de
crecimiento específico de 2 microorganismos.
Mantenimiento de los cultivos.
Objetivos:j
1. Preservar la pureza genética del cultivo sin pérdida de
ninguna de sus propiedades bioquímicasninguna de sus propiedades bioquímicas.
2. Preservar los niveles de su productividad inicial.
3. Lograr que el cultivo pueda ser transportado y manejado
con facilidad.
Los métodos de preservación mas usados
1. Subcultivos.
2. Mantenimiento bajo capa de aceite.
33.
4. Congelación (- 70 a 80 ºC), crioprotector.
5 Cultivos en tierra5. Cultivos en tierra.
6. Preservación en celulosa.
7. Liofilización
Mejoramiento de Microorganismos Industriales.
i) Selección natural: Mutaciones espontáneas varía entre 10-6 a 10-9) p
mutaciones por genoma y por generación.
tratamientode la población 
con el mutágeno
ii) Mutación inducida
selección. 
Agentes Mutagénicos
Físicos: 
UV l = 200 a 300 nm ; t = 0,5 y 20 min  % muerte 90 y 99,9%.
Q í iQuímicos:
Ácido nitroso (HNO2): transiciones, AT  GC ; GC AT
Análogos de base: Producen transiciones, como el 5-bromuracilo y la 2-
aminopurina.aminopurina.
N-metil-N'-nitro-N-nitrosoguanidina (NTG): es uno de los mutágenos más
potentes, produciendo una alta tasa de mutación con bajo porcentaje de
t d d R i d j t id dmortandad. Requiere de un manejo sumamente cuidadoso.
Mutágenos estructurales: como la proflavina o naranja acridina que no son incorporados
covalentemente al DNA, sino que actúan como agentes de intercalado en la estructura,
promoviendo adiciones o escisiones durante la síntesis.
Proflavina
Naranja de acridina
Obtención de mutantes de X. dendrorhous para la producción de 
pigmentos mediante mutagénesis (NTG)
wt
Recombinación genéticaRecombinación genética.
Reagrupar las potencialidades de distintas variantes con el objeto de
seleccionar la mejor combinación de genes responsables de codificar laj g p
producción de determinado metabolito.
1977: Hopwood  recombinación genética  cualquier proceso que
genere nuevas combinaciones de genes los cuales estaban originalmente
en individuos diferentes.
P l ió i él l iParasexuales: procesos no meióticos en células vegetativas 
organismos procariontes y eucariontes.
Virus  intercambio material genético entre cepas heterogénicasVirus  intercambio material genético entre cepas heterogénicas
Bacterias  recombinación  conjugación, transducción, y
transformacióntransformación.
I1
I1 I1
Problemas y soluciones básicas 
mediante ingeniería metabólica
S I1 I1 I1 PEtapa limitante
S I1 I1 I1 P
PN PN-I
X
Producto no S I1 I1 I1 Pdeseado
PSD
P d t d i
EP
S I1 I1 I1 P
Producto secundario 
deseado en baja 
cantidad
S1
Sustrato 
abundante 
S2 I1 I1 I1 Ppero no 
utilizable
EE