Profesorado

Jesús Manuel Cantoral Fernández
Francisco Javier Fernández Acero
María Esther Rodríguez Jiménez
Carlos Garrido Crespo

Objetivos

Conocer las principales características de los microorganismos (tanto
procariotas como eucariotas). Aprender las principales técnicas
microbiológicas. Conocer los principales microorganismos utilizados en las
fermentaciones y las principales manipulaciones para mejorar su
rendimiento.
Entender el control y regulación del metabolismo microbiano. Estudias los
principales procesos fermentativos realizados por los microorganismos.
Visitar
alguna planta relalicionada con la asignatura. Realizar distintas
prácticas
con microorganismos.

Programa

PROGRAMA DE CLASES TEÓRICAS

I. INTRODUCCION A LA MICROBIOLOGIA

1. Concepto y Objetivos de la asignatura. Los microorganismos en la escala
biológica. Etapas y desarrollo de la Microbiología. La moderna
Biotecnología
como ciencia interdisciplinaria.
2. Observación microscópica. Principales tinciones. Tinción de Gram.
Esterilización y Desinfección. Metodología de la Esterilización.
Esterilización por agentes físicos y químicos. Filtración. Pasteurización.
3. Nutrición de los microorganismos. Auxotrofía y Prototrofía.
Requerimientos
nutricionales. Medios de cultivo: composición y preparación. Materias
primas
utilizadas en las fermentaciones industriales.
4. Morfología y Estructura de la célula microbiana. Tamaño y disposición
celular. La célula procariota: membrana celular, pared bacteriana,
ribosomas,
citoplasma y región nuclear. Estructuras de resistencia.
5. La célula eucariota: pared celular, sistemas de membranas, ribosomas,
mitocondrias, vacuolas, núcleo y cromosomas. Estructuras de superficie.
Propiedades generales de los virus. Clasificación.
6. Clasificación de los microorganismos. Concepto de especie. Taxonomía
microbiana: numérica, molecular y genética. Técnicas de aislamiento y
conservación de los microorganismos. Colecciones tipo. Microorganismos de
interés industrial.


II. CINETICA DE LOS PROCESOS MICROBIANOS. FERMENTADORES

7. Dinámica del crecimiento celular y de poblaciones. Cinética del
crecimiento
microbiano. Cinética de la formación de un producto por un cultivo
microbiano.
8. Diseño de las unidades de Fermentación. Fermentadores. Agitación y
Aireación en fermentadores. Equipos de procesamiento y recuperación.
9. Cultivo de microorganismos. Cultivos continuos. Quimiostato.
Turbidostato.
Cultivos semicontinuos.
10. El salto de escala. Extrapolación de los resultados de laboratorio a
la
Planta Piloto y a la Planta Industrial. Problemas industriales del
escalamiento.



III. CONTROL Y REGULACION DEL METABOLISMO MICROBIANO

11. Esquema general del metabolismo microbiano. Categorías nutricionales.
Fuentes de energía. Procesos catabólicos, anabólicos y anfibólicos.
12. Generación y transformación de la energía. Sistemas aerobios y
anaerobios.
Concepto de metabolismo microbiano. Tipos y clasificación.
13. Metabolitos primarios de interés industrial. Metabolitos secundarios
de
interés industrial. Búsqueda de nuevos metabolitos ("screening").
Aislamiento
de microorganismos con nuevas actividades.
14. Biosíntesis y regulación del metabolismo microbiano. Exceso de
producción
de metabolitos. Inducción. Mecanismo molecular. Regulación por producto
final.
Regulación catabólica. Autorregulación.
15. Alteraciones de los mecanismos regulatorios para la producción de
metabolitos microbianos de interés industrial. Regulación del producto
final
en vías metabólicas lineales y ramificadas.

IV. GENETICA Y MANIPULACION DE MICROORGANISMOS INDUSTRIALES

16. El material hereditario. Estructura y composición de los ácidos
nucleicos.
Características físicas y químicas. Organización del ADN en procariotas y
eucariotas. Replicación del ADN.
17. Transmisión del material hereditario. Mitosis y Meiosis. Variabilidad
y
herencia. Expresión de la información genética. Trascripción. Traducción.
El
código genético.
18. Concepto y bases moleculares de la Mutación. Utilización de la
Mutación y
Recombinación Genética en la Microbiología Industrial. Selección y mejora
de
cepas de interés industrial.
19. La Ingeniería Genética y sus aplicaciones. Enzimas de interés en
Ingeniería Genética. Plásmidos, cósmidos y vectores de expresión.
Metodología
de la Clonación. Expresión del ADN clonado.
20. Manipulación Genética de microorganismos industriales. Mutagénesis
dirigida. Amplificación génica. Ingeniería de proteínas. Regulación de la
manipulación de microorganismos.
21. Influencias de la Tecnología del ADN recombinante en la Microbiología
Industrial. Industrias del ADN. Campos de aplicación más relevantes.
Principales logros en Ingeniería Genética. Problemas y perspectivas.

V. FERMENTACIONES CLASICAS

22. Fermentación alcohólica. Biosíntesis y producción industrial de
alcohol.
Bebidas alcohólicas. Fermentación maloláctica. Crianza biológica.
Industrias
derivadas de la Enología.
23. Biosíntesis y producción industrial del ácido láctico. Productos
derivados
lácteos. Pasteurización de la leche. Maduración de quesos por
microorganismos.
24. Biosíntesis y producción industrial del ácido cítrico y otros ácidos
orgánicos.
25. Biosíntesis y producción industrial de acetona, butanol y otros
solventes
por fermentación. Biopolímeros microbianos: xantano, dextrano y alginatos.
26. Biosíntesis y producción industrial de aminoácidos: Acido glutámico.
Lisina. Otros aminoácidos. Extracción y purificación de los aminoácidos a
partir de la fermentación.

VI. PRODUCCION INDUSTRIAL DE ANTIBIOTICOS

27. Antibióticos: función natural e importancia industrial. Aislamiento y
caracterización de cepas productoras de antibióticos. Clasificación y
microorganismos que los producen.
28. Biosíntesis de antibióticos. Precursores. Biosíntesis mutacional y
Biosíntesis dirigida. Antibióticos semisintéticos.
29. Biosíntesis y producción industrial de antibióticos ß-lactátimicos:
Penicilina y Cefalosporinas. Biosíntesis y producción industrial de
antibióticos peptídicos: Gramidicina, Tirocidina y Bacitracina.

30. Biosíntesis y producción industrial de antibióticos derivados del
acetato
y propionato: Macrolidas, Tetraciclinas y Rifampicina. Biosíntesis y
producción industrial de antibióticos derivados de Carbohidratos:
Estreptomicina.

VII. PRODUCCION DE ENZIMAS, VITAMINAS, VACUNAS Y OTROS COMPUESTOS
ORGANICOS. ASPECTOS MEDIO-AMBIENTALES

31. Producción de enzimas: Mecanismos regulatorios que controlan su
producción. Purificación de enzimas en gran escala.
32. Bioconversiones y transformaciones de productos orgánicos por
microorganismos. Producción de vitaminas y factores de crecimiento.
33. Biosíntesis y producción industrial de nucleótidos y derivados.
Saborizantes. Producción de proteínas unicelulares (SCP). Producción de
otros
alimentos por microorganismos.
34. Quimioterapia antiviral. Producción industrial de vacunas. Tipos y
métodos
de producción. Vacunas de subunidades. Anticuerpos monoclonales.
Preparación
de productos inmunológicos.
35. Los microorganismos como agentes geoquímicos. Contaminación ambiental
derivada de los procesos industriales microbiológicos. Degradación de
sustancias orgánicas altamente tóxicas.
36. Tratamiento de aguas residuales. Plantas de depuración. Tipos de
digestores. Consideraciones socio-económicas. Producción de metano por
digestión anaerobia.
43. Futuro de las Industrias de Fermentación. Biosensors. Biochips.
Biofiltros. Seguridad en Biotecnología. Procesos y productos microbianos
de
interés en el futuro.



PROGRAMA DE CLASES PRÁCTICAS

1. Preparación de medios de cultivo. Siembra de microorganismos.
Observaciones
microscópicas.
- Medios mínimos y Medios complejos.
- Siembra en placa petri y tubo inclinado.
- Visualización al microscopio de diferentes
microorganismos.
2. Tinciones más importantes en Microbiología.
- Tinción negativa.
- Tinción diferencial: Tinción de GRAM.
- Tinción de esporas y corpúsculos metacromáticos.
3. Pruebas Bioquímicas de determinación de microorganismos.
- Utilización de substratos: citrato, urea, carbohidratos
(KLIGLER).
- Producción de metabolitos: indol, acetoína.
4. Análisis del DNA plasmídico y producción de un metabolito de un
transformante de Escherichia coli.
- Transformación y selección por resistencia a
antibióticos.
- Obtención del DNA plasmídico y visualización en geles de
agarosa.
- Obtención del metabolito y visualización en geles de
acrilamida.
5. Características más relevantes de una levadura (Saccharomyces
cerevisiae).
- Características morfológicas en las distintas etapas del
ciclo biológico.
- Cálculo del tiempo de generación
- Obtención de esferoplastos y transformación.
6. Cinética de crecimiento y producción de penicilina del hongo
Penicillium
chrysogenum.
- Preparación del medio de inócula y de fermentación.
- Recogida de muestras cada 24 horas de la fermentación.
- Medida del pH, crecimiento (peso seco) y producción de
penicilina (bioensayo) a lo largo de la fermentación: Representaciones
gráficas de estos parámetros

Actividades

Realización de visitas (como créditos prácticos):
- Fábrica de cerveza (Sevilla ó Málaga)
- Bodegas: - Gibalbín: elaboración de vino joven (blanco y tinto) y crianza
- Jerez: vino en crianza biológica: fino
- Sanlúcar de Barrameda: vino en crianza biológica: manzanilla

Metodología

Clases teóricas
- Seminarios
- Realización de Prácticas
- Visitas a Centros relacionados con alguna faceta de la asignatura (ver
actividades)

Criterios y Sistemas de Evaluación

- Realización obligatoria de los créditos prácticos: seguimiento del
desarrollo, aprendizaje (evaluación continua). 20 % del valor de la nota
final.
- Examen final que constará de preguntas cortas, largas y un tema a
desarrollar. 80 % del valor de la nota final
- Realización de un trabajo escrito voluntario, que se puede exponer en
clase
- Se evaluará positivamente la asistencia a clase y el interés demostrado
a lo
largo del curso.
- Asistencia a las visitas programadas

Recursos Bibliográficos

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA:
•  Brock. Biología de los Microorganismos. 2009. 10ª Edición. Madigan
M.T., Martinico J.M., Parker J. Prentice Hall Iberia. Madrid.
•  Microbiología. 2009. L.M. Prescott. J.P. Harley. D.A. Kleyn. 7ª
Edición. McGraw-Hill Interamericana.
•  Introducción a la Microbiología. 2007. Tortora G.J., Funke B.R.,
Case C.L. Editorial Médica Panamericana. www.medicapanamericana.com
•  Introducción a la Microbiología. Volumen I y II. 1998. J.L.
Ingraham, C.A. Ingraham. Reverté. Barcelona.
•  Biotecnología para principiantes. 2008. Reinhard Renneberg.
Editorial Reverté. Barcelona.

OTROS LIBROS DE CONSULTA

•  Microbial Biotechnology: Fundamentals of Applied Microbiology.
1995. A.N. Glazer, H. Nikaido. W.H. Freeman and Company.
•  Molecular Microbiolgy. 1998. S. Busby, C.M. Thomas, N.L. Brown.
Springer.
•  Microbiología Enológica. Fundamentos de vinificación. J.A. Suárez
Lepe, B. Iñigo Leal. Mundi-Prensa.
•  Microbiología ambiental. 1989. W.D. Grant, P.E. Long. Acribia.
•  Bioquímica de los microorganismos. 1997. R. Parés, A. Juárez.
Reverté.
•  Handbook of microbiological reagents. 1998. R.M. Atlas. Springer
•  Molecular genetics of bacteria. 1998. J.W. Dale. Wiley-VCH.
•  Electron Microscopy in Microbiology. 1998. A. Holzenburg, M.
Hoppert. Bios Sciencetific. Publishers. Oxford. U.K.
•  Photographic Atlas for the Microbiology Laboratory. 1996. B.E.
Pierce, M.J. Leboffe. Bios Sciencetific. Publishers. Oxford U.K.