miércoles, 19 de enero de 2011

Microbiología del Aire

INTRODUCCIÓN
Los microorganismos son y siempre han sido un factor importante para la salud humana. La vida se inició en forma de microorganismos y estos han desarrollado una extraordinaria capacidad de supervivencia que les ha permitido colonizar prácticamente cualquier espacio natural de la tierra y por supuesto también los hábitats artificiales creados por el ser humano para cobijarse.
 La atmósfera no tiene una microbiota autóctona pero es un medio para la dispersión de muchos tipos de microorganismos (esporas, bacterias, virus y hongos), procedentes de otros ambientes. Algunos han creado adaptaciones especializadas que favorecen su supervivencia y permanencia.
Los microorganismos dispersados por el aire tienen  una gran importancia biológica y económica porque producen enfermedades en plantas,  animales y humanos, causan alteraciones en los alimentos y materiales orgánicos y contribuyen al deterioro y corrosión de monumentos y metales.
El transporte se realiza sobre partículas de polvo, fragmentos de hojas secas, piel, fibras de la ropa, en gotas de agua o en gotas de saliva eliminadas al toser, estornudar o hablar.

HISTORIA 
La Microbiología del aire comenzó en el siglo XIX con la intención de descubrir la causa de algunas enfermedades; como sucedió durante la epidemia de cólera que apareció en Europa en 1847 y 1848, en donde se descubrieron “gérmenes” en el aire de los hospitales, causantes de ésta enfermedad.  Se demostró la presencia en el aire de varias bacterias patógenas como Staphylococcus aureus,  Streptococcus pyogenes,  Mycobacterium tuberculosis, etc. y que, por tanto, a través de él podían transmitirse  enfermedades infecciosas como la escarlatina, tuberculosis, tosferina y rubéola.


Desde entonces, numerosos investigadores han trabajado en este campo tanto en el aire exterior como en recintos cerrados, preocupándose a finales de siglo, por el ambiente quirúrgico. 

Hasta el siglo XX, el estudio de los microorganismos del aire sufre grandes altibajos y no es hasta mediados de siglo, cuando hay uno de los dos principales resurgimientos de la época. 

El primero, fue en el estallido de la Segunda Guerra Mundial en donde hubo un gran interés en conocer cómo se propagaban las infecciones respiratorias, especialmente en instalaciones militares estadounidenses y se realizaron numerosos estudios sobre Streptococcus pyogenes. El segundo, fue en los años setenta, con la aparición de un enfermedad respiratoria llamada la «enfermedad de los legionarios» y el conocimiento posterior de una nueva bacteria (Legionella pneumophila), como agente etiológico y de su transmisión por aerosoles procedentes del aire acondicionado. Ello supuso un resurgimiento del estudio de los microorganismos que se transmiten por el aire. 
Así mismo, en estos años se observa una mayor preocupación por el control del aire de los ambientes cerrados, principalmente en los hospitales, industrias farmacéuticas y alimentarias. Así como también, en otros ambientes  cerrados, como fábricas de aparatos electrónicos, escuelas y edificios de oficinas. 
Este último caso, se debe a que, en los últimos años, se ha descrito una nueva enfermedad «el síndrome del edificio enfermo», que se produce en los ocupantes de determinados edificios.  El origen de los síntomas, irritación de las membranas mucosas, dolor de cabeza, erupciones y dificultad respiratoria, no está aún muy claro, pero entre las posibles causas se citan factores ambientales (temperatura, humedad), químicos (adhesivos, pinturas) y microorganismos. 

TIPOLOGÍA 
El aire contiene en suspensión diferentes tipos de  microorganismos, especialmente bacterias y hongos. La presencia de uno u otro tipo depende del origen, de la dirección e intensidad de las corrientes de aire y de la supervivencia del microorganismo. Los  virus son las formas de vida más simples. Están constituidas únicamente por material genético: ADN (Acido desoxirribonucleico)  o ARN (Acido ribonucleico) y una cápside o cubierta proteica. Son parásitos obligados, es decir, precisan de un huésped para poder reproducirse. La infección la llevan a cabo inyectando su material genético en las células del huésped. Una vez en su  interior se sirven de la maquinaria biológica del huésped para producir copias de sí mismos hasta lograr su total recomposición y en un número tal que rompe las membranas celulares pasando así a infectar nuevas células. Las bacterias son organismos más complejos que los virus y a diferencia de ellos son capaces de vivir, en un medio adecuado, sin la necesidad de un huésped para completar su desarrollo. Es de destacar la capacidad de elaborar esporas que presentan algunas bacterias.  Las esporas no son más que formas de vida resistentes a condiciones adversas. Pueden resistir, durante años incluso, altas temperaturas, sequedad, falta de nutrientes,  etc., recuperando su estado normal y capacidad infectiva al entrar en contacto con un medio adecuado para su desarrollo. Los  hongos son formas complejas de vida que presentan una estructura vegetativa denominada micelio que está formada por hifas (estructuras filiformes por las que circula el citoplasma plurinucleado). Esta estructura vegetativa surge de la germinación de sus células reproductoras o esporas. Su hábitat natural es el suelo, pero algunos componentes de este grupo son parásitos tanto de hombres y animales como de vegetales.


SUPERVIVENCIA 
El número de microorganismos de la atmósfera cambia según la altura, obteniéndose el más alto junto al suelo, (sobre todo en los dos metros inferiores, que constituyen el microclima del hombre), disminuyen hasta los 200 metros y luego se hacen más escasos hasta los 5.000 metros. Su presencia es rara hasta el límite de la troposfera y no se encuentran en la estratosfera. 

El número de microorganismos del aire en las zonas pobladas depende de la actividad en esa zona, tanto industrial o agrícola, como de los seres vivos y la cantidad de polvo. El número de microorganismos es mayor en las zonas pobladas y después en el mar, cerca de las costas. En las zonas desérticas no hay más que lo que aportan los vientos de las zonas habitables próximas y en los casquetes polares no hay nada. En las zonas 
con clima seco, el aire contiene numerosos microorganismos y el número desciende después de la lluvia debido a que ésta los arrastra por lavado del aire. La supervivencia, reproducción y dispersión en el aire de virus, bacterias, hongos y otros contaminantes biológicos, dependen, en gran medida, de las condiciones del 
entorno en que se encuentran. Factores tales como la temperatura, la humedad relativa, el movimiento del aire, la luz y las fuentes de alimento, principalmente, van a determinar el grado en que los microorganismos se encontrarán en el ambiente. En general, las temperaturas bajas inhiben el crecimiento de muchos microorganismos; no obstante, algunos de ellos (por ejemplo, mohos y levaduras) se desarrollan bien en ambientes fríos. Otras especies microbianas (por ejemplo,  Aspergillus sp, Legionella pneumophila  o Thermoactinomyces vulgaris), alcanzan su desarrollo óptimo a temperaturas elevadas. 
Los ambientes muy húmedos favorecen el desarrollo de los hongos, de las bacterias y de los ácaros del polvo doméstico. El movimiento del aire contribuye al transporte, mantenimiento y paso al aire de los contaminantes biológicos procedentes del exterior o contenidos en un reservorio del interior. El grado y tipo de luz también pueden favorecer o inhibir el desarrollo de los microorganismos. Por ejemplo, la luz ultravioleta inhibe dicho crecimiento y la ausencia de luz impide la formación de esporas de algunos hongos (Altemaria sp.). Los organismos vivos precisan de nutrientes para su supervivencia y desarrollo; éstos son muy variados pero resumiendo, se podría decir que el agua y la materia orgánica son los dos recursos principales de que se sirven estos organismos para vivir. Por lo tanto, todos aquellos materiales y estructuras en las que se reúnan esas dos condiciones pueden ser considerados como substratos colonizables por los microorganismos.

EFECTOS SOBRE LA SALUD 
Gran número de infecciones humanas y animales se trasmiten por el aire y causan enfermedad, principalmente, en el aparato respiratorio. El control de estas enfermedades es difícil porque los individuos que las padecen suelen seguir realizando sus actividades cotidianas y además, en algunas de  ellas, no se dispone de agentes terapéuticos ni vacunas eficaces. Se caracterizan por su tendencia a causar epidemias, siendo más frecuentes durante el otoño y el invierno, cuando las personas se reúnen en recintos cerrados.  La trasmisión aérea de enfermedades no es exclusiva de microorganismos que salen de las vías respiratorias. En algunos casos se forman  bioaerosoles procedentes de animales y sus productos que se resuspenden en el aire y pueden ser inhaladas, como heces desecadas y plumas de aves (Chlamydophila psittaci, Cryptococcus neoformans, Histoplasma capsulatum),  placenta (Coxiella burnetii), lana, piel y marfil (Bacillus anthracis).Casos especiales son: Legionella que se encuentra en el agua y se trasmite por los aerosoles que se forman en los distintos sistemas y aparatos o Coccidioides immitis  y Aspergillus fumigatus  cuyas esporas, procedentes del suelo y estiércol, son diseminadas sobre el polvo y trasportadas por el viento (Benenson, 1997). La inhalación de forma continua de partículas de contaminantes químicos, incrementa la susceptibilidad a las infecciones respiratorias. Esto ocurre en los mineros, por inhalación de sílice y carbón, y en trabajadores de diversas industrias que producen materiales como la piedra arenisca, en los que hay  una 
predisposición a la tuberculosis. Además, el aire de las grandes ciudades, contaminado con derivados de la combustión de hidrocarburos, incrementa la gravedad de las infecciones.

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Omar Leonel Niño Ramírez
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Electrónica del Estado Sólido









Microbiología Marina

La microbiología marina estudia la estructura y vida de los microorganismos que viven en los mares, su integración en los ciclos de transformación matería/energía y su relación con los demás animales y plantas que comparten con ellos el hábitat marino.
Microorganismos, strictu sensu, son todos los seres vivos microscópicos, animales o vegetales; queremos decir con ésto: las bacterias, los hongos, las algas unicelulares, los protozoos y los metazoos más pequeños. Actualmente añadiremos además los virus y las cianofíceas.
Nos gusta considerar a la microbiología marina como una rama de la ecología (ciencia que estudia las relaciones de los organismos con el medio ambiente en el que se desarrollan y con los demás seres vivos que lo comparten con ellos). En este sentido se relaciona estrechamente con otras especialidades como la biología o la bioquímica marinas y la oceanografía.
El biotopo marino
El mar cubre aproximadamente un 70% de la superficie de la Tierra y su concentración salina se considera en un promedio del 35/mil. Esta salinidad oscila muy poco en los océanos, entre un 32/mil y un 38/mil, pero en la zona litoral puede bajar hasta el 1/mil o elevarse al 44/mil. La composición en sales del agua del mar es relativamente constante. Aunque los compuesto proporcionalmente más abundantes son el Cloro y el Sodio, nos encontraremos traza de cerca de un 50% de todos los elementos químicos conocidos. Esta salinidad es lo que hace del mar un biotopo tan especial y que la gran mayoría de animales y plantas marinos sólo puedan vivir en él.
La intensidad de la luz disminuye de forma muy rápida al penetrar en el agua del mar. Esto hace que la zona productiva real no sobrepase los 200 m. En las zonas costeras, a causa de la turbidez del agua, esta zona productiva alcanza menos profundidad.
La temperatura superficial del mar depende fundamentalmente de las condiciones climáticas ambientales. En la capa más superficial, hasta unos 100 m de profundidad, la temperatura suele ser bastante constante para descender rápidamente al descender a mayor profundidad.
Las zonas costeras o litorales suelen tener características muy especiales. Hay que pensar en fenómenos geográficos como bahías, rías o fiordos, en fenómenos físicos como las mareas y en las especiales zonas de desembocadura de los ríos, los estuarios, en los que se forman zonas de agua salobre absolutamente diferentes, en el sentido biológico, tanto de las aguas continentales como de las marinas. En las aguas litorales encontramos biotopos muy diversos y particulares y suelen ser zonas más ricas en nutrientes que las de altamar, debido a la cercanía de tierra firme.
El mar no es tan uniforme como parece a simple vista y hay regiones muy ricas en nutrientes con flora y fauna muy variadas frente a otras de gran escasez y bajas concentraciones de nutrientes.
Microorganismos marinos
Los microorganismos tienen una enorme importancia en la vida marina, no sólo como elementos indispensables en la cadena trófica (destrucción de la materia orgánica y liberación de los elementos minerales), sino también en la elaboración de dicha materia orgánica (ciclos del Carbono, del Nitrógeno ...). Se encuentran en todo el ámbito batimétrico del sistema bentónico marino y, aunque más abundantes en los niveles más superficiales, está demostrada su existencia en los grandes fondos marinos (a más de 5.000 m de profundidad).
En líneas generales, las cantidades más elevadas de gérmenes suelen encontrarse en la zona superficial del mar, disminuyendo a medida que aumenta la profundidad. Los sedimentos dan elevados recuentos de bacterias y hongos, incluso en las profundidades abisales; en ellos desempeñan un papel muy importante en la remineralización de la materia orgánica y en la alimentación de la fauna de los fondos marinos.

Vamos a revisar brevemente algunos detalles significativos de cada uno de los grandes grupos de microorganismos marinos:
Bacterias marinas
En las zonas cercanas a la costa, lógicamente, los bacterias encontradas guardan una relación más o menos directa con las de tierra, pero en mar abierto, sus características pecualiares hacen que podamos hablar con un poco más de consistencia de microorganismos autóctonos del mar. En realidad, el que sean generalmente halófilos y psicrófilos facultativos es la única característica que los distingue de especies terrestres directamente emparentadas y con metabolismos similares. Desde el punto de vista sistemático no se puede hablar de ninguna unidad específica ya que los microorganismos del mar se reparten en númerosos géneros y especies, incluyendo como ya hemos dicho, especies de tierra. De hecho, hay autores (Scholes y Shewan, 1964) que ponen en duda la existencia de bacterias específicamente marinas.
Una buena cantidad de bacterias marinas son halófilas, o sea, necesitan una determinada proporción de ClNa en el medio en el que viven (entre 25 y 40/mil) y no crecen, o crecen mal, en agua dulce. Se trataría en realidad según Larsen de organismos levemente halófilos (los halófilos moderados necesitan concentraciones entre 50 y 200/mil y los halófilos extremos entre 200 y 300/mil). Otra serie de ellas son simplemente halotolerantes y pueden crecer perfectamente en agua dulce.
Una gran parte de los organismos marinos se desarrollan perfectamente a temperaturas de entre 0 y 4ºC (psicrófilos) y aunque la temperatura óptima de desarrollo de muchos de ellos se encuentra entre 18 y 22ºC pueden también crecer bien a 0ºC o menos (psicrófilos facultativos). No se debe perder de vista que en un 90% del medio marino la temperatura habitual está por debajo de los 5ºC, lo que hace que los microorganismos psicrófilos tengan mayor importancia de la que se pensaba hasta hace poco.
Por la misma razón expuesta al final del párrafo anterior, en el medio marino tienen considerable importancia las bacterias barófilas y barotolerantes.
Los estudios realizados por Zobell y Upham (1944) y Moriarty y Hayward (1982) indican que aprox un 90% de las colonias que crecen en placas de agar sembradas con agua de mar son Gram-negativas. Según Zobell (1946) un 80% aprox son móviles con flagelos. Según estos mismos estudios, los microorganismos Gram-positivos esporulados no abundan en la columna de agua aunque su importancia es mucho mayor en los sedimentos.
Morfológicamente hay muy poca homogeneidad. Las formas celulares son muy variadas, apareciendo representantes de los grupos fundamentales (cocos, bacilos, vibrios y espirilos), aunque, como ya hemos señalado, abundan mayoritariamente los bacilos Gram-negativos, flagelados y no esporulados.
MacDonell y Hood (1982) informaron del hallazgo reiterado en la costa americana del Golfo de las denominadas ultramicrobacterias, capaces de atravesar los poros de los filtros de membrana de 0.2 micras. Suelen ser bacilos muy cortos y pertenecen a los géneros Pseudomonas,Aeromonas, Vibrio y Alcaligenes. Tal vez se relacionan con las formas subdesarrolladas descritas ya por Jannasch en 1955.
Una gran mayoría de las bacterias marinas son anaerobios facultativos y crecen mejor con oxígeno que sin él. Son relativamente escasas tanto las especies aerobias estrictas como las anaerobias estrictas.
En líneas generales, y aunque pueden utilizar concentraciones muy bajas de nutrientes (cosa bastante general en el medio marino), crecen mucho más lentamente en los medios de cultivo que sus colegas terrestres. El acusado pleomorfismo que muestran en los cultivos (formas celulares diferentes en un mismo organismo) puede deberse justamente a esta adaptación a la escasez de nutrientes.
Encontramos entre las bacterias marinas sistemas metabólicos muy variados y aunque son capaces de utilizar nutrientes de tipo muy variado, las hay que están altamente especializadas en la utilización de determinados sustratos nutritivos.
Las bacterias proteolíticas parecen abundar más en el medio marino que en otros tipos de biotopos, a pesar de lo cual casi no existen compuestos orgánicos naturales que no sean utilizados por unas u otras. Las hay que desdoblan azúcares o grasas y también compuestos de elevado peso molecular (celulosa, agar, quitina, hidrocarburos …). Las hay que realizan el proceso de desnitrificación o el de desulfuración (abundas éstas, sobre todo las desnitrificantes, en los sedimentos anaerobios).
Se han aislado también bacterias fotógenas, capaces de transformar la energía química en energía luminosa, que viven de forma libre o incluso como simbiontes en los órganos luminosos de algunos cefalópodos y teleósteos. Rheinheimer cita como ejemplo especies de los génerosPhotobacterium y Vibrio.
La mayoría de las especies bacterianas encontradas hasta ahora en el medio marino pertenecen a las Eubacterias y entre ellas son bastante frecuentes especies pertenecientes a los géneros Pseudomonas, Beneckea, Spirillum, Alcalígenes y Flavobacterium, siendo las especies del géneroBacillus particularmente abundantes en los sedimentos. Las investigaciones más recientes señalan sin embargo la presencia mucho más abundante de lo esperado de microorganismos pertenecientes al grupo de las Arqueobacterias.

Cianofíceas marinas
Las Cianofíceas o algas azules, por oposición a las algas verdaderas genuinamente eucariotas, son, como las bacterias, procariotas que tienen núcleo y plastidios sin membrana y les faltan las mitocondrias. Por esta razón se las conoce también como Cianobacterias.
Para la fotosíntesis utilizan los pigmentos clorofila a, B-caroteno y ficobilinas, que es otro detalle que las diferencia de casi todas las algas verdaderas y de las clorobacterias y las bacterias púrpura.
Su morfología es muy variada (formas unicelulares, colonias, filamentosas …) y se reproducen por división celular. Pueden encontrarse libres o fijas sobre plantas o animales acuáticos o sobre sustratos inertes. Las hay también simbiontes de plantas y animales inferiores.
La gran mayoría de las cianofíceas marinas apenas se diferencian de sus parientes de agua dulce. Como en el caso de las bacterias, hay pocos géneros exclusivamente marinos (Trichodesmium, por ejemplo) y su importancia en los ciclos biológicos parece bastante menos considerable que las de las aguas continentales.
Aparecen con relativa abundancia en las zonas costeras, fijas sobre plantas y rocas y en el sustrato del fondo del mar, en las zonas de mareas, sobre la arena o el lodo, y en la zona de salpicaduras de las costas rocosas (el liquen Lichina porta un ficobionte que es Calothrix). En los litorales formados por roca calcárea aparecen frecuentemente cianofíceas endolíticas, que viven en el interior de las rocas.

Hongos marinos
Los hongos superiores que según Meyers (1968) pueden considerarse estrictamente marinos son aquellos que viven preferente o exclusivamente en el mar, o se desarrollan de forma óptima en él en condiciones de salinidad entre 25 y 40/mil. No cumpliendo estas condiciones tendríamos que hablar de hongos halotolerantes, de probable origen terrestre, capaces de soportar la vida en el mar por más o menos tiempo.
Los hongos son organismos eucariotas (presentan verdadero núcleo) y, en su gran mayoría C-heterótrofos, por lo que necesitan materia orgánica para vivir. Los hay saprofitos, parásitos o parásitos facultativos. Presentan formas mucho más variadas que las bacterias y sus células son mucho mayores que las de éstas últimas. A menudo forman complejos órganos de reproducción.
Aunque hasta hace unos pocos años no se les ha prestado mucha atención, sabemos que están ampliamente difundidos por el medio marino y su importancia entre la microflora marina es incluso superior a la de las bacterias. Se han encontrado representantes de todos los grandes grupos fúngicos y está demostrado que una buena cantidad de ellos necesitan ClNa para subsistir por lo que sólo pueden vivir en el mar. Hay también muchos que son simplemente halotolerantes y de origen terrestre.
Las levaduras, y levaduriformes en general, gozan también de amplia representación en el medio marino.

Distribución de los microorganismos en el mar
Amplias zonas del mar abierto padecen una escasez crónica de sustancias nutritivas lo que hace que, mayoritariamente, nos encontremos con las formas más diminutas de microorganimos. Como consecuencia, es dificil cuantificar su presencia. La microscopía de fluorescencia ha sido uno de los métodos que ha permitido la obtención de datos fiables.
En líneas generales, las cifras más elevadas de microorganismos suelen darse en la zona más superficial, disminuyendo, en mayor o menor cantidad, al aumentar la profundidad, aunque sobre los sedimentos suele observarse un incremento. Según Rheinheimer, en la parte occidental del golfo de Vizcaya, el número total de bacterias desciende desde 804.300 en la superficie hasta100.900 a mil metros de profundidad, reduciéndose la biomasa bacteriana de forma similar (de 14.21 microgramos de C por litro(-1) a 0.73). Así mismo, la concentración de microorganismos es más alta en las zonas cercanas a las costas, para ir disminuyendo de forma drástica a medida que la costa va quedando más alejada.
De todas formas, el estudio de la columna de agua en diversos medios acuáticos y en zonas variadas pone en evidencia una gran diversificación en las cantidades de microorganismos presentes.
Así nos encontramos con que, a pesar de la norma general que nos indica que la concentración de vida microscópica es mucho menor en los mares abisales, estudios realizados en los últimos años, han demostrado que en las zonas de fuentes termales del fondo marino aparecen concentraciones bastante elevadas de microorganismos, teniendo como buen ejemplo datos de zonas del Pacífico cercanas a las Islas Galápagos (a unos 2.500 m de profundidad) que, según Rheinheimer, han dado cifras entre 500.000 y 1.000 millones de bacterias por ml de agua.
Es este de las fuentes termales del fondo marino un caso excepcional y muy interesante desde el punto de vista microbiológico y biológica en general. Las últimas investigaciones indican que una gran cantidad de las bacterias presentes en estas zonas son sulfobacterias quimioautótrofas que oxidan el ácido sulfhídrico procedente de las fallas volcánicas, aunque también las hay que oxidan el hierro o el manganeso e incluso heterótrofas. Estas poblaciones bacterianas constituyen la base nutritiva de extensas poblaciones de bivalvos y crustáceos, grandes gusanos y otros, hasta no hece mucho, desconocidos animales que habitan este particular ecosistema de las fuentes termales del fondo del océano.
En cuanto a las oscilaciones estacionales de los microorganismos que viven en el mar, se ha detectado que son relativamente escasas en las zonas lejanas de tierra firme, a pesar de lo cual, en primavera, verano y otoño suelen encontrarse valores algo más altos que en los meses de invierno.
En los mares con acusadas diferencias de densidad, las más altas concentraciones de bacterias suelen darse en las capas límite entre masas de agua de diferente temperatura y concentración salina. Esto se debe a que en estas zonas, las diferencias de densidad representan un obstáculo para la precipitación, tanto de bacterias como de partículas en suspensión. Por ello, además, se dan también aquí unas más favorables condiciones de alimentación y las bacterias, no sólo aumentan de número de forma pasiva sino que pueden reproducirse con mayor facilidad. Los vientos y las mareas pueden alterar estas estratificaciones del agua de forma más o menos temporal, variando por ello la distribución de los micoorganismos.
De acuerdo con todo esto, aunque no hay aun demasiados datos sobre el número total de bacterias, el recuento de bacterias saprofítas, mucho mejor estudiadas, es básicamente más elevado en las aguas costeras que en mar abierto y, generalmente, desciende bruscamente a medida que aumenta la distancia a la costa.
En estos momentos no se reconoce ningún género bacteriano definido como netamente marino por lo que, como ya hemos indicado, resulta del todo razonable preguntarse si realmente existen bacterias especificamente marinas. Lo único que presentan en común la mayoría de los aislados de las zonas marinas es su capacidad para sobrevivir y crecer en el agua del mar. Muchos de estos aislados exigen una concentración determinada de ClNa cuando se les aisla por primera vez y muchos son también psicrotrofos o claramente psicrófilos.
Las bacterias que con mayor frecuencia se aislan del medio marino son bacilos gram-negativos y casi un 90% de ellos corresponden a los géneros Vibrio, Pseudomonas, Flavobacterium y organismos relacionados. En el Plancton hay también muchas bacterias de pequeño tamaño (0.2-0.5 micrometros) no identificadas que presentan su pareded celular con estructura gram-negativa. Los sedimentos, por el contrario, contienen un porcentaje muy superior de gérmenes gram-positivos, sobre todo del género Bacillus.
Los hongos son mucho menos abundantes proporcionalmente en el medio marino que en aguas dulces y prevalecen en zonas de descomposición reciente de residuos vegetales.
Se han encontrado levaduras en concentraciones bajas en profundidades de hasta 3.000 m pero son más abundantes en aguas costeras y aparecen muy a menudo asociadas a los dinoflagelados.
Bacterias y hongos en los ecosistemas acuáticos
Una vez que hemos dado un repaso al tema de los ciclos de la materia en el mar (producción/descomposición de la materia) y al papel que en ellos desarrollan los microorganismos marinos, podemos hacer una serie de pequeñas digresiones temáticas relacionadas con la presencia de bacterias y hongos en los ecosistemas acuáticos.
Un ecosistema constituye un complejo universo de relaciones entre los seres vivos y el medio inorgánico en el que viven. Esta complejidad está absolutamente abierta a las influencias externas, pero a su vez es capaz de un alto grado de autorregulación. El equilibrio de estos sistemas es siempre dinámico ya que los factores que interactúan en ellos (luz, temperatura, nutrientes, etc) experimentan continuamente oscilaciones más o menos amplias. Sumemos a ello la intervención humana.
Bacterias y hongos son parte fundamental de cualquier ecosistema. Según Ellemberg, los microorganismos C-heterótrofos ocupan un lugar entre los "desintegradores" (aquí "mineralizadores"), pero también los encontraremos entre los "simbiontes" o los "parásitos".Un ecosistema puede comsiderarse completo sólo cuando cuenta con organismos C-autótrofos suficientes que obtienen la mayor parte de la energía que necesitan a través de la fotosíntesis, o sea, que son capaces de tranformar en parte en energía química la energía luminosa que les suministra el sol. En el agua, está función corresponden sobre todo a las algas del fitoplancton y las bacterias fotosintéticas sólo tienen un papel importante en casos muy especiales.
Según Winogradsky los microorganismos pueden clasificarse dentro de los ecosistemas en dos grandes grupos: autóctonos (los seres originarios del ecosistema en cuestión que se encuentran siempre en él sin necesitar recibir determinados principios del exterior; son especialistas adaptados en gran parte genéticamente a las condiciones de su hábitat) y cimógenos (o alóctonos, pertenecen a ese ecosistema de forma transitoria y necesitan que se les suministren determinados nutrientes).
El estudio de los denominados microcosmos nos revela cantidad de datos sobre las interrelaciones de los microorganismos en los ecosistemas: cadenas alimenticias o parte de ellas, relaciones parásito/huésped, ciclos de la materia, flujos de energía, etc
Concedamos a las cadenas alimenticias la posición dominante que tienen en los ecosistemas naturales. Comprender perfectamente su funcionamiento es imprescindible para comprender el funcionamiento de los ecosistemas.
Un ejemplo práctico (y antropocéntricamente egoista) podemos verlo en el caso de la pesca. Dado que el paso de un escalón de la cadena alimenticia al siguiente implica pérdidas de un 80 a 90% de la energía contenida en un ser vivo, dada la escasez y el hambre en el mundo actual, es importante capturar no los últimos eslabones de esa cadena, sino, siempre que sea factible, los anteriores para poder aprovechar mejor esa energía. Por ejemplo, intentar capturar consumidores de plancton y no peces predadores del último escalón para obtener mayor rendimiento en lo que se refiere a proteínas.
Bacterias y hongos pueden utilizan materia orgánica en concentraciones muy bajas y así aprovechan la disuelta en el agua y que procede en su mayor parte de los productores primarios (fitoplancton), de animales y de la tierra firme cercana al litoral (sustancias alóctonas). Por este motivo, esta materia orgánica, que de otra forma se perdería, entra de nuevo en el ciclo de la nutrición.
Es muy importante por ejemplo la actividad de los hongos sobre la materia vegetal residual ya que son capaces de despolimerizar la celulosa y la pectina, con lo cual ablandan y ayudan a la descomposición de dicho material haciéndolo accesible para otros invertebrados que pueden así devorarlo.
Así pues, la importancia de las bacterias y los hongos C-heterótrofos está en que no sólo son capaces de transformar para nutrientes propios las sustancias alóctonas sino que utilizan materia de desecho procedente de todos los eslabones de la cadena alimenticia.
Las bacterias y los hongos sirven también directamente como alimento a variados animales representantes de los diversos escalones de la cadena alimenticia en el mar.
La energía ingresa en el ecosistema en forma de radiación solar y es fijada por los productores primarios en forma de energía química como sustancia celular propia para ser cedida a continuación, en gran parte, a la cadena alimenticia.
Los sedimentos marinos están poblados de bacterias y hongos hasta las profundidades abisales y los microorganismos están generalmente adsorbidos a las partículas del sedimento. Los estudios con microscopio electrónico demuestran que estos microorganismos viven preferentemente sobre surcos y agujeros de los granos de arena, donde tienen mayor protección contra las acciones mecánicas del movimiento. Las bacterias han desarrollado mecanismos de fijación muy eficaces (formas planas de las células, filamentos mucosos y fimbrias, etc).
Aquí representan, como en el agua, un gran papel al participar en la remineralización de los compuestos orgánicos y en la nutrición de la fauna de los fondos marinos. Las cifras más altas de bacterias y hongos se dan generalmente en las capas más altas del sedimento (a pocos cm de profundidad)
Sobre la zona arenosa es frecuente la formación de la llamada franja coloreada que en su caso más frecuente consta de 4 capas: la arena blanca de la superficie, la zona verde de cianofóceas y algas, la roja de bacterias púrpuras y debajo la negra de sulfuricación en la que, sobre todo las especies del género Desulfovibrio, producen ácido sulfídrico.
Se llama Bioturbación a la mezcla que provocan entre diversas zonas los animales que viven en los sedimentos. Los intercambios de agua y oxígeno que a causa de este fenómeno se producen entre los poros del sedimento y la capa de agua pueden afectar notablemente a la actividad vital de los microorganismos ya que puede darse una rápida renovación de nutrientes y oxígeno, lo cual aceleraría la actividad de los microorganismos y el recambio material.

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Omar Leonel Niño Ramírez
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Microbiología Industrial

DEFINICIONES Y ÁREAS DE APLICACIÓN


Definiciones


La Microbiología Industrial puede definirse diciendo que es la parte de la Microbiología que se ocupa de las aplicaciones industriales de los microorganismos.
Desde otro punto de vista puede decirse también que los procesos de la Microbiología Industrial constituyen aquellos procesos industriales catalíticos basados en el uso de microorganismos.
Con el notable impulso de la Biotecnología producido en los últimos años y la inclusión y difusión de otros términos como biotecnología de avanzada, biotecnología moderna, biotecnología de punta, biotecnología recombinante o tecnología del DNA recombinante, biotecnología e ingeniería genética, biotecnología y microbiología industrial, y hasta biotecnología negativa, etc., se ha complicado la comunicación entre los distintos especialistas y la interpretación adecuada de los términos empleados. Para poder clarificar esos términos pensamos que es conveniente definir y delimitar los campos de la Biotecnología y de algunas disciplinas que la integran.
La Biotecnología es una actividad multidisciplinaria que comprende la aplicación de los principios científicos y de la Ingeniería al procesamiento de materiales por agentes biológicos para proveer bienes y servicios. Los agentes biológicos pueden ser células microbianas, animales, vegetales y enzimas. Se entiende por bienes a cualquier producto industrial relacionado con alimentos, bebidas, productos medicinales, etc., y por servicios a aquellos vinculados a la purificación de aguas y tratamiento de efluentes. Esta definición que es la más conocida y aceptada por la mayor parte de los paises fue propuesta por la Organización para la Cooperación Económica y el Desarrollo (OECD).
La Microbiología Industrial se ocupa de producción de bienes y servicios con células microbianas. Por lo tanto la Microbiología Industrial representa una parte,seguramente la más importante, de la Biotecnología.
La Ingeniería genética comprende una serie de técnicas que permiten obtener un organismo recombinante, o sea portador de un gen extraño proveniente de otras células, sean éstas microbianas, vegetales o animales. Es una disciplina de rivada de la Biología molecular que está incluida en la Biotecnología como herramienta fundamental para la obtención de microorganismos específicos a ser utilizados en la producción de bienes y servicios. El término tecnología del DNA recombinante puede considerarse sinónimo de Ingeniería genética.
Consideramos que los términos biotecnología de avanzada, biotecnología moderna,no son adecuados. Cualquier tecnología o biotecnología avanza y se moderniza.
Si los términos se aplican a procesos con cepas de Ingeniería genética únicamente o a transplante de embriones o a micropropagación vegetal por cultivos de tejidos o a producción de especies vegetales mejoradas por cultivos de tejidos o a producción de especies vegetales mejoradas por cultivos de anteras, cte., pueden confundirse mucho los conceptos cuando con toda justicia podemos incluir también en la biotecnología de avanzada las nuevas tecnologías de producción de alcohol, ya que son más modernas o de avanzada con respecto a las anteriores.
Si se desea hacer una diferencia, tal vez sería conveniente referirse a la Biotecnología tradicional o convencional para denominar a los procesos conocidos con anterioridad al advenimiento de la Ingeniería genética, y no convencional a los posteriores.


Las áreas de aplicación de la Microbiología industrial son muy variadas y de ellas surge la importancia y el impacto que tiene esta disciplina en la actualidad.
Las áreas principales son: salud, alimentos, producción vegetal y animal, insumos industriales, minería y servicios.
En primer lugar se debe destacar la importancia de la Microbiología Industrial en el mantenimiento de la salud y tratamiento de enfermedades, fundamentalmente por su aplicación en la producción de compuestos de actividad farmacológica y vacunas.
En la industria de alimentos es también significativa la aplicación de la Microbiología Industrial en la producción de bebidas, enzimas, saborizantes, productos lácteos, etc.
La producción agropecuaria se ve también favorecida en sus aspectos de producción vegetal y animal por un conjunto variado de procesos microbiológicos que se han enriquecido notablemente en los últimos años (como ha sucedido con otras áreas) con la utilización de técnicas de ingeniería genética.
El área de aplicación en minería está relacionada con la biolixiviación o sea con la aplicación de microorganismos en la extracción de metales de minerales de baja ley.
Finalmente el área de servicios se refiere fundamentalmente a la aplicación de microorganismos en la purificación de efluentes, aspecto fundamental para el mantenimiento de la calidad de vida.
Varios ejemplos de productos y microorganismos empleados en las distintas áreas de aplicación de la Microbiología Industrial se pueden observar en la Tabla 1.
Tabla 1. Areas de aplicación y ejemplos de productos obtenidos por microorganismos.

Símbolos y unidades


Es conveniente emplear símbolos y unidades correspondientes al sistema internacional, pero es importante que sean aquellos que son utilizados por la mayoría de los investigadores y profesionales relacionados. La Sección de Biotecnología de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada estudió el problema y encomendó a una serie de expertos de varios países la confección de una lista de símbolos y unidades utilizadas. La lista fue sometida a la crítica de numerosos especialistas y fue finalmente publicada en inglés como guía general sobre símbolos y unidades en Biotecnología. Una traducción castellana adaptada a la nomenclatura en español fue también preparada y publicada posteriormente.
En la Tabla 2 se dan algunos símbolos y unidades, expresados en el sistema internacional (SI) y también en unidades comunes en Microbiología Industrial, y que son las que utilizamos en esta monografía. Corresponde ahora, después de considerar los aspectos generales de los procesos fermentativos, tratar aquellos esenciales que corresponden a los microorganismos de interés industrial.
Tabla 2. Algunos símbolos y unidades empleadas en Microbiología Industrial.

        Descripción y/o definición    Símbolo    Unidad S.I *       Unidades comunes


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Omar Leonel Niño Ramírez
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http://www.biologia.edu.ar/microind/definiciones_y_areas_de_aplicacion.htm

Artículo de Revista de la Sociedad Venezolana de Microbiología

 Libros
Cazadores de Microbios en Venezuela
El gran Paul de Kruif, quien supo manejar con destreza la pluma y el microscopio, es el autor de "Los cazadores de Microbios", una de las obras más leídas en el mundo académico y científico. Nos permitimos tomar prestado ese título ya que se ajusta a la intención de este libro.
El mundo de los microbios se ha fragmentado en muchas áreas que resultaron de la necesidad que impuso la acumulación progresiva de conocimientos de los distintos grupos de microorganismos. Los profesionales en cada subespecialidad dedican sus vidas a la investigación de los aspectos básicos, patogénicos, diagnósticos, terapéuticos y epidemiológicos de los microorganismos y de las patologías que producen.
Los bacteriólogos, micólogos, virólogos, parasitólogos, entomólogos, infectólogos y epidemiólogos clínicos, todos ellos son cazadores de microbios. Ningún otro título sería más apto para un libro que resume la biografía de especialistas tan diversos, por lo que no nos cabe duda de que todos ellos se sentirán englobados en tal designación.
La idea de publicar una obra como ésta surgió después de tomar conciencia de que ya habíamos recopilado, en la Sección Notas Biográficas de la Revista de la Sociedad Venezolana de Microbiología, más de treinta biografías de los microbiólogos más destacados de Venezuela. Para completar "el elenco", nos dirigimos a los colegas integrantes de las Juntas Directivas de los Capítulos Regionales de la Sociedad Venezolana de Microbiología y les solicitamos información sobre otros profesionales que merecían ser biografiados. La respuesta no se hizo esperar y así fue como nació esta obra.
Además, le pedimos al Dr. Vidal Rodríguez Lemoine que elaborara un capítulo sobre los Inicios e Implantación de la Microbiología en Venezuela. Rodríguez Lemoine lo escribió con gran placer, ya que se trata de un tema que le ha apasionado desde joven, y del que había acumulado información durante muchos años.

Queremos destacar que las notas biográficas que ahora publicamos fueron escritas por las diferentes personas identificadas en la parte inferior del nombre de cada biografiado. A cada uno de ellos se les pidió elaborarlas según lineamientos establecidos previamente. Pero, como el lector podrá observar, no siempre se logró que los biógrafos cumplieran esas normas. Por esa razón algunas biografías contienen mayores detalles que otras, o parecen una semblanza. Se respetó el estilo de redacción de cada colaborador, y por ello creemos conveniente destacar que no existe relación entre la longitud de las biografías y los méritos de los biografiados. Asimismo, la fotografía que se publica de cada biografiado, no siempre fue de reciente data pero nos limitamos a aceptarla sin mayores exigencias.
Debemos advertir que la precisión de los datos biográficos es de la responsabilidad directa de cada uno de los autores de las biografías que suponemos que las escribieron de acuerdo con el conocimiento que cada biógrafo tenía de cada biografiado. Sin embargo, como editores, en algunos casos cotejamos ciertos datos y los precisamos mejor mediante fuentes alternativas.
Debemos confesar que sentimos mucho no haber incluido la biografía de algunos "cazadores de microbios" que han realizado labores trascendentes en nuestro país, pero de los que no pudimos recopilar datos, a pesar de que hicimos varios intentos para obtener sus currículos a través de familiares o colegas que los conocieran. Por otra parte, también es verdad que varios profesionales no fueron incluidos debido a que no mostraron interés en aparecer en esta obra.
Queda claro que los datos biográficos aquí publicados, especialmente los relacionados con los aportes científicos de los biografiados activos, corresponden a la trayectoria que tuvieron hasta el año 2002. Los aportes que hayan realizado después de ese momento serán dados a conocer en futuras ediciones de este libro.
En el último capítulo de esta obra presentamos las listas de los miembros (hasta el año 2002) de la Sociedad Venezolana de Microbiología, de la Sociedad Venezolana de Infectología, de la Asociación Venezolana de Micología y de la Sociedad Parasitológica Venezolana. También presentamos la lista de los presidentes de cada una de esas sociedades desde su fundación hasta la fecha.
Es pertinente explicar que el orden de inclusión de los biografiados se hizo siguiendo la cronología según su fecha de nacimiento. Así se conformaron cinco grupos o generaciones. La primera generación corresponde a los precursores o pioneros nacidos antes del año 1900; la segunda generación corresponde a los nacidos entre 1900 y 1930; la tercera generación, a los nacidos entre 1931 y 1950; la cuarta generación, a los nacidos entre 1951 y 1960; por último, la quinta generación corresponde a destacados profesionales jóvenes que nacieron después de 1960. Esto lo hacemos para que sirva de estímulo y reconocimiento al trabajo que están desarrollando. Debemos advertir que esa selección está influida por la íntima relación que existe entre los biografiados de esa quinta generación y el editor principal de esta obra, y no necesariamente por otras razones relacionadas con sus méritos personales, pero sí profesionales, que indudablemente los tienen. Pedimos que nos disculpen los otros profesionales jóvenes que actualmente están dando lo mejor de sí mismos y que no aparecen en esta obra. Para completar esa tarea manifestamos nuestro compromiso de que las biografías de los miembros faltantes de esa cohorte serán incluidas en futuras ediciones, en las que esperamos también revisar y estandarizar un poco más las biografías de esta primera edición.
Finalmente, agradecemos a Pfizer de Venezuela por patrocinar la publicación de esta obra.
Ojalá que esta obra sea recibida con el mismo cariño con el que fue hecha. Nos despedimos recordándoles a los cazadores de microbios, la frase de Augusto Comte: "No se sabe bien una ciencia sino hasta cuando se conoce su historia".
Disponible en : www.cazadoresdemicrobios.com.ve

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Omar Leonel Niño Ramírez
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Electrónica del Estado Sólido
Cita:
Formato ISOCARMONA, Oswaldo y NOVOA MONTERO, Darío. Libros: Cazadores de Microbios en Venezuela. Rev. Soc. Ven. Microbiol., 2007, vol.27, no.1, p.349-363. ISSN 1315-2556.
Formato Documento Electrónico (ISO)CARMONA, Oswaldo y NOVOA MONTERO, Darío. Libros: Cazadores de Microbios en Venezuela. Rev. Soc. Ven. Microbiol. [online]. 2007, vol.27, no.1 [citado 19 Enero 2011], p.349-363. Disponible en la World Wide Web: <http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1315-25562007000100011&lng=es&nrm=iso>. ISSN 1315-2556.

Microbiología del suelo


Características físicas del suelo
Hay diferentes tipos de suelo y sus características varían dependiendo de la localización y el clima. Los suelos difieren en profundidad, propiedades físicas, composición química y origen. Estos pueden clasificarse como suelos minerales y orgánicos. Los suelos minerales contienen materia sólida mayormente inorgánica. Los suelos orgánicos contienen poca materia inorgánica.
Composición del suelo
El suelo está compuesto de diversas capas. A dichas capas se les llama horizontes y cada una se caracteriza por su composición abiótica y/o biótica.
Horizonte A
Aquí encontramos los minerales y la materia orgánica en distintos estados de descomposición. En esta capa se localiza el humus. El humus se define como el conjunto de residuos orgánicos, vegetales y animales que se incorporan al suelo y cuya degradación es dificil de realizar por microorganismos. La importancia de éste, es que mejora la textura y estructura del suelo, aumentando así su capacidad de retener agua y reduciendo los cambios en el pH. Además sirve como reserva de materiales nutritivos en el suelo.
Horizonte B
En esta capa encontramos partículas finas y minerales.
Horizonte C
Este se compone de materia mineral solamente.
Horizonte D
Esta capa posee roca sólida bajo el suelo, es importante para la formación de acuíferos. En Puerto Rico los acuíferos se localizan al norte de la isla, siendo éstos muy importantes como reserva de agua.
Cantidad de agua y composición de gases en el suelo
En el suelo, además de residuos orgánicos, encontramos agua y gases. La cantidad de agua en el suelo depende de:
la precipitación y otras condiciones climáticas
el drenaje, éste depende del tamaño de las partículas del suelo
la composición del suelo
la población viviente del suelo

Encontramos el agua en los espacios que hay entre las partículas del suelo o adheridas a la superficie de las partículas.
La fase gaseosa del suelo consiste mayormente de CO2, O2 y N2, éstos se encuentran en los espacios entre partículas donde no hay agua. La cantidad de gases es inversamente proporcional a la cantidad de agua en el suelo.

Factores que contribuyen al número y tipo de microorganismos en el suelo:
Composición del suelo (cantidad y tipo de nutrientes).
Características físicas del suelo (grado de aereación, humedad, temperatura y pH).
Tipo de plantas en el suelo (el sistema de raíces influye en el número y tipo de organismos presentes).

Flora Microbiana en el Suelo:
En un suelo fértil podemos encontrar raíces de plantas superiores, diversos animales y una gran cantidad de microorganismos.
Bacterias
Estas exceden la población de todos los otros grupos de microorganismos. Encontramos todo tipo de bacterias desde autotróficas, heterotróficas, aeróbias y anaeróbias.

Hongos
Cientos de especies se encuentran en el suelo, generalmente cerca de la superficie donde prevalece una condición aeróbia. Los hongos son los descomponedores de celulosa, lignina y pectina. La importancia del hongo en el suelo es que mejora la estructura física mediante la acumulación de sus micelios en él. Además los hongos forman unos agregados que ayudan a retener agua.

Algas
Mayormente encontramos algas verdes y diatomeas en la superficie o cerca de ésta ya que necesitan luz para llevar a cabo fotosintésis. Estas juegan un papel importante en suelos erosionados o desérticos, ya que como son fotosintéticos inician la acumulación de materia orgánica en esa área.

Protozoarios
Son importantes en la cadena alimentaria, ya que su modo de nutrición es la ingestión de bacterias controlando así la población bacteriana.

Virus

Este grupo incluye fagos, virus de plantas y virus de animales.
La rizósfera es la capa de suelo que se encuentra adyacente a las raíces. Esta región se caracteriza por una alta población microbiana. Las bacterias que crecen en la rizósfera se ven afectadas positivamente por substancias que liberan las plantas como amino ácidos, vitaminas y otros. A la vez el crecimiento de las plantas se ve afectado por substancias liberadas por la población microbiana.
Interacción entre los microorganismos del suelo
Relaciones simbióticas:
Neutralismo
Es esta relación dos especies ocupan el mismo ambiente sin que se afecte una o la otra (neutral).
Mutualismo
Es una asociación donde cada uno de los organismos envueltos se benefician (relación positiva).
Comensalismo
Es esta relación un organismo se beneficia mientras que el otro no se afecta (relación positiva). Un ejemplo lo observamos en los hongos que degradan celulosa a glucosa y otros compuestos, las bacterias no pueden degradar celulosa, pero sí glucosa beneficiándose de esta forma.
Antagonismo
Esto se observa cuando una especie afecta adversamente el ambiente de otra especie, produciendo diferentes substancias inhibidoras o antibióticas (relación negativa). Un ejemplo lo vemos en la producción de sustancias inhibidoras como:
1. antibióticos Es usual que un organismo produzca 5 ó 6 diferentes agentes antimicrobiano. Esto es para poder inhibir o matar una gran variedad de microorganismos.
2. cianuro (producido por hongos)
3. metano
4. sulfuros
5. enzimas líticas (éstas rompen la pared celular de las bacterias)
Competencia
Es una asociación negativa que resulta de la competencia entre especies por nutrientes esenciales.
Parasitismo
En esta relación un organismo vive dentro o encima de otro (huésped). El parásito se alimenta de las células, el tejido o el fluido de otro organismo (relación negativa).

Rol biogeoquímico de los microorganismos del suelo
Los microorganismos del suelo funcionan como agentes biogeoquímicos para la conversión de compuestos orgánicos complejos en compuestos inorgánicos simples y elementos constitutivos, esto se llama mineralización. Estos microorganismos del suelo están envueltos en los ciclos de nitrógeno, carbono, azufre y fósforo. También están envueltos en los ciclos de hierro, manganeso, mercurio, selenio, zinc y potasio.
Biorremediación
Es la utilización de organismos para degradar o remover contaminantes de un ambiente específico. Este proceso incluye la modificación de este ambiente para acelerar los procesos biológicos con o sin añadir microorganismos específicos.
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