Prefacio XIV
Capitulo 1
Introducción: panorama general de la microbiología y de la biología
celular
1
1.1. los microorganismos como células 3
1.2. procesos moleculares en las células 6
1.3. crecimientos, mutación y evolución 7
1.4. estructura celular 10
1.5. relaciones evolutivas entre organismos vivos 11
1.6. poblaciones, comunidades y ecosistemas 14
1.7. cultivo microorganismos en el horario 15
1.8. el impacto de los microorganismos en las actividades humanas 16
1.9. breve historia de la microbiología 20
Capitulo 2
Química celular 31
2.1. átomos 32
2.2. moléculas y enlaces químicos 33
2.3. el agua como solvente biológico 36
2.4. pequeñas moléculas monómeros 37
2.5. carbohidratos a polisacáridos 38
2.6. ácidos grasos a lípidos 39
2.7. nucleótidos a ácidos nucleidos 40
2.8. aminoácidos y proteínas 43
2.9. esteroisometría 48
Capitulo 3
Biología celular 52
3.1. microscópicos y microscopia 54
3.2. tipos de estructura celular: procariotas y eucariotas 58
3.3. estructura de la membrana plasmática 62
3.4. función de la membrana citoplasmática 65
3.5. la pared celular de procariotas: peptidoglicano y moléculas
relacionadas 70
3.6. la membrana externa de bacterias Gram negativas 75
3.7. síntesis de la pared celular y división celular 78
3.8. estructura del DNA en los procariotas 80
3.9. flagelos y movilidad 83
3.10. quimiotaxis, fototaxis y otras taxias 87
3.11. estructuras de la superficie bacteriana e inclusiones celulares 90
3.12. vesículas de gas 93
3.13. endosporas 95
3.14. el núcleo: el orangulo que define a los eucariotas 99
3.15. orangulos: mitocondrias y cloroplastos 102
3.16. comparación entre células procarióticas y eucarióticas 105
Capitulo 4
Nutrición y metabolismo 109
4.1. panorama del metabolismo 111
4.2. nutrición microbiana 112
4.3. medios de cultivo 113
4.4. energética 117
4.5. catálisis y enzimas 118
4.6. oxidación-reducción 121
4.7. transportadores de electrones 123
4.8. compuestos altamente energéticos 124
4.9. fermentación y fosforilación de sustratos 126
4.10. Glucolisis: la ruta de Embden-Meyerhof 127
4.11. la respiración
4.12. sistemas transportadores de electrones 130
4.13. conservación de la energía desde el transporte de electrones 132
4.14. el flujo de carbono: el ciclo de los ácido cítrico 135
4.15. balance de la respiración aeróbica y almacenamiento de la energía 137
4.16. modos alternativos de generación de energía: una visión global 138
4.17. vías biosintéticas: anabolismo 139
4.18. metabolismo de los azucares 140
4.19. biosíntesis de aminoácidos 142
4.20. biosíntesis de purinas y pirimidinas 143
4.21. biosíntesis de ácidos graos 144
Capitulo 5
Crecimiento microbiano 149
5.1. visión global del crecimiento celular 150
5.2. crecimiento de la población 151
5.3. ciclo de crecimiento de las poblaciones 153
5.4. medición del crecimiento 155
5.5. cultivo continuo 158
5.6. efecto de factores ambientales sobre el crecimiento microbiano 161
5.7. crecimiento microbiano a temperaturas extremas 162
5.8. acidez y alcalinidad (pH) 168
5.9. disponibilidad de agua 169
5.10. oxigeno 171
Capitulo 6
Macromoléculas y genética molecular 178
6.1. macromoléculas e información genética 180
6.2. estructura del DNA 181
6..3. elementos genéticos 194
6.4. restricción y modificación del DNA 197
6.5. replicación del DNA 199
6.6. transcripción 206
6.7. procesamiento de RNA y ribozimas 211
6.8. RNA de transferencia 213
6.9. traducción: el proceso de síntesis de proteínas 216
6.10. el código genético 219
Capitulo 7
Regulación de la expresión génica 226
7.1. regulación de la actividad enzimática 228
7.2. proteínas que unen DNA 230
7.3. regulación de la transcripción: inducción y represión 232
7.4. regulación de la transcripción: control positivo 235
7.5. atenuación 237
7.6. control global 239
7.7. transducción de señales y sistemas reguladores de dos
componentes 241
7.8. diferencias en la expresión génica entre procariotas y eucariotas 245
Capitulo 8
Virus 248
8.1. propiedades generales de los virus 249
8.2. naturaleza del virión 251
8.3. el hospedador 255
8.4. cuantificación de los virus 256
8.5. características generales de la replicación vírica 257
8.6. etapas en la multiplicación de los vírica 258
8.7. visión general de virus bacterianos
8.8. bacteriófagos con RNA 263
8.9. bacteriófagos icosaédricos de DNA monocatenario 265
8.10. bacteriófagos filamentosos de DNA monocatenario 267
8.11. bacteriófagos de DNA bicatenario: virus líticos 268
8.12. bacteriófagos atemperados: lisogenia y farolambda 272
8.13. un fago transponible: bacteriófago Mu 278
8.14. panorama de los virus animales 279
8.15. virus animales con RNA de cadena positiva 284
8.16. virus animales con RNA de cadena negativa 285
8.17. virus de RNA bicatenario: los reovirus 289
8.18. replicación de virus animales con DNA 290
8.19. herpesvirus 292
8.20. Poxvirus 293
8.21. Adenovirus 294
8.22. Retrovirus 295
8.23. Viroides y priones 300
Capitulo 9
Genética microbiana 304
9.1. Mutaciones y mutantes 306
9.2. bases moleculares de la mutación 308
9.3. mutágenos 312
9.4. mutagénesis y carcinogénesis: el test de Ames 315
9.5. recombinación genética 316
9.6. transformación genética 320
9.7. transducción 325
9.8. plásmidos 328
9.9. conjugación y movilización del cromosomas 333
9.10. transposones y secuencias de inserción 338
9.11. visión general del mapa genético bacteriano 343
9.12. genética de microorganismos eucarióticos 347
9.13. genética de las levaduras 349
9.14. genética de mitocondrias 351
Capitulo 10
Ingeniería genética y biotecnológica 357
10.1. clonación molecular 359
10.2. plásmidos como vectores de clonación
10.3. el bacteriófago lambda como vector de clonación 361
10.4. otros vectores 364
10.5. Hospedadores para vectores de clonación 367
10.6. búsqueda del clon idóneo 368
10.7. vectores de expresión 370
10.8. DNA sintético 373
10.9. amplificación de DNA: reacción en cadena de la polimerasa 374
10.10. clonación y expresión de genes de mamíferos en bacterias 377
10.11. mutagénesis in Vitro y dirigida 380
10.12. aplicaciones prácticos de la ingeniería genética 382
10.13. obtención de proteínas de mamíferos y de vacunas mediante
ingeniería genética
10.14. la ingeniería genética en plantas agrícolas
384
10.15. ingeniería genética en animales y genética humana 392
10.16. la ingeniería genética como herramienta en la investigación
microbiológica
10.17. resumen de los procesos fundamentales de la ingeniería genética
393
Capitulo 11
Control del crecimiento microbiano 397
11.1. esterilización por el calor 399
11.2. esterilización por radiación 401
11.3. esterilización por filtración 404
11.4. control químico del crecimiento 405
11.5. desinfectantes y antisépticos
11.6. control del crecimiento microbiano en alimentos 408
11.7. análogos de factores de crecimiento 412
11.8. antibióticos 414
11.9. antibióticos B-lactamicos: penicilinas y cefalosporinas 415
11.10. antibióticos producidos por procarios 418
11.11. control de los virus 420
11.12. control de los hongos 421
11.13. resistencia a los antibióticos 422
Capitulo 12
Microbiología industrial 430
12.1. microorganismos y productos industriales 431
12.2. crecimiento y síntesis de productos en procesos industriales 434
12.3. características de las fermentaciones en grana en procesos 436
12.4. cambio de escala en la fermentación (escalado) 438
12.5. antibióticos: aislamiento y caracterización 440
12.6. producción industrial 442
12.7. vitaminas aminoácidos 447
12.8. bioconversión microbiana 449
12.9. enzimas 450
12.10. vinagre 454
12.11. acido cítrico y otros compuestos orgánicos 455
12.12. levadura 456
12.13. alcohol y bebidas alcohólicas 458
12.14. alimentos a partir de microorganismos 464
12.15. microbiología de aguas residuales 465
Capitulo 13
Diversidad metabólica de los microorganismo 473
13.1. metabolismo productor de energía 474
13.2. fotosíntesis 476
13.3. función de la clorofila y bacterioclorofila en la fotosíntesis 477
13.4. fotosíntesis anoxigénica 479
13.5. fotosíntesis oxigénica 484
13.6. aspectos adicionales de las reacciones fotosintéticas de la fase
luminosa: carotenoides y ficobilinas 486
13.7. fijación autotrófica de CO2: el ciclo de Calvin 488
13.8.Quimiolitotrografia: energía por oxidación de donadores inorgánicos
de electrones 490
13.9. bacterias oxidadoras del hidrogeno 491
13.10. bacterias del azufre 492
13.11. bacterias oxidadoras del hierro 495
13.12. bacterias oxidadoras de amoniaco y nitrito 497
13.13. resumen de la autografía y producción de ATP entre los
quimiolitotrofos 499
13.14. respiración anaeróbica 501
13.15. reducción de nitratos y procesos de desnitrificación 502
13.16. reducción de sulfatos 505
13.17. el (CO2) como aceptor de electrones: metanogénesis y
acetogenesis 508
13.18. otros aceptores de electrones en la respiración anaeróbica 509
13.19. fermentaciones: rendimiento energético y de oxidación-reducción 511
13.20. fermentaciones: diversidad sintrofía y función en la
descomposición anóxica 514
13.21. utilización de hexosas, pentosas y polisacáridos 517
13.22. metabolismo de ácidos orgánicos 519
13.23. los lípidos como nutrientes microbianos 521
13.24. el oxigeno molecular (O2) como reactante en los procesos
bioquímicos 522
13.25. transformaciones de hidrocarburos 523
13.26. metabolismos del nitrógeno 524
13.27. fijación del nitrógeno 525
Capitulo 14
Ecología microbiana 532
14.1. los microorganismos en la naturaleza 535
14.2. métodos de la ecología microbiana
14.3. métodos de enriquecimiento y aislamiento 537
14.4. identificación y cuantificación: sondas de ácidos nucleicos,
anticuerpos fluorescentes y recuentos de viables 542
14.5. mediciones de la actividad microbiana: isótopos radiactivos y
microelectrodos 545
14.6. mediciones de la actividad microbiana: isótopos 547
14.7. hábitat acuáticos 550
14.8. ambientes terrestres 552
14.9. microbiología de las profundidades marinas 554
14.10. fuentes hidrotermales submarinas 557
14.11. ciclo del carbono 561
14.12. metanogénesis y sintrofía 563
14.13. el ecosistema microbiano del resumen 567
14.14. ciclo biogeoquímicos: nitrógeno 571
14.15. ciclo biogeoquímicos: azufre 573
14.16. ciclo biogeoquímicos: hierro 575
14.17. lixiviación microbiana 578
14.18. ciclo biogeoquímicos: oligoelementos y mercurio 579
14.19. biodegradación del petróleo 582
14.20. biodegradación de xenobiótica de compuestos 584
14.21. interacciones plantas-microorganismo 589
14.22. agrobacterium e interacción con plantas: tumoraciones y pelos
radicales 591
14.23. bacterias de los nódulos radicales y simbiosis con leguminosas 595
Capitulo 15
Evolución sistemática y taxonomía microbianos 606
15.1. evolución de la tierra y primeras formas de vida 607
15.2. organismos primitivos y estrategias metabólicas 610
15.3. organismos primitivos y código molecular 614
15.4. eucariotas y orángulos 615
15.5. cronómetros evolutivos 617
15.6. secuencias del RNA ribosómicos y evolución 618
15.7. filogenia microbiana a partir de la secuenciación del RNA
ribosómico 621
15.8. características de los dominios primarios 624
15.9. taxonomía, nomenclatura y el Bergey’s manual 627
Capitulo 16
Diversidad procariótica: dominio bacteria 635
16.1. bacterias (fototrópicas anoxigénicas) rojas y verdes 638
16.2. cianobacterias 654
16.3. proclorófitos 658
16.4. quimiolitotrofos: las bacterias nitrificantes 659
16.5. quimiolitotrofos: bacterias oxidantes del azufre y de hierro 661
16.6. quimiolitotrofos: bacterias oxidantes del hidrogeno 664
16.7. metanotrofos y metilotrofos 666
16.8. bacterias reductoras del sulfato y del azufre 671
16.9. bacterias homoacetogénicas 674
16.10. bacterias de gemantes y/o apéndices (prostecadas) 676
16.11. espirilos 682
16.12. espiroquetas 686
16.13. bacterias deslizantes 689
16.14. bacterias con vaina 696
16.15. las pseudomonas 698
16.16. bacterias aeróbicas de vida libre fijadoras de nitrógeno 701
16.17. bacterias del acido acético 703
16.18. Zymomonas y chromobacterium 704
16.19. vibrio y géneros relacionados 705
16.20. bacilos aeróbicos facultativos y Gram-negativos 707
16.21. Neisseria y otros cocos Gram-negativos
16.22. Rickettsias 712
16.23. Clamidias 715
16.24. bacterias Gram-positivas: cocos 716
16.25. bacterias del acido láctico 718
16.26. bacilos y cocos Gram-positivos formadores de endosporas 722
16.27. micoplasmas 728
16.28. bacterias Gram-positivas con elevado de contenido de GC:
“actinomicetes”
16.29. bacterias corineformes
731
16.30. bacterias del acido propiónico 733
16.31. Mycobacterium 734
16.32. actinomicetos filamentosos 736
Capitulo 17
Diversidad procariótica: dominio Archaea 741
17.1. Arqueas halofílicas extremas 743
17.2. metanógenos: archeas productoras de metano 748
17.3. archeas hipertermofílicas 757
17.4. Thermoplasma: una célula arqueana sin pared 764
17.5. los limites de la existencia microbiana: temperatura 766
17.6. Las archeas: ¿primeras formas de vida? 767
Capitulo 18
Eukarya: microorganismos eucarióticos 769
18.1. Algas 770
18.2. hongos 774
18.2. hongos mucosos 777
18.4. protozoos 780
Capitulo 19
Relaciones hospedador-parasito 785
19.1. interacciones microbianas con organismos superiores 787
19.2. microbiota de la piel 788
19.3. microbiota de la cavidad oral 789
19.4. microbiota del tracto gastrointestinal 792
19.5. microbiota de otras regiones corporales 795
19.6. entradas del patógeno en el hospedador 796
19.7. colonización y crecimiento 798
19.8. exotoxinas 800
19.9. enterotoxinas 802
19.10. endotoxinas 804
19.11 virulencia 806
19.12. defensas inespecíficas del hospedador 808
19.13. fiebre e inflación 810
Capitulo 20
Conceptos de Inmunología 813
20.1. células y órganos del sistema inmune 815
20.2. inmunógenos y antígenos 819
20.3. inmunidad inespecífica: fagotitos y fagocitosis 820
20.4. inmunidad específica: linfocitos 822
20.5. inmunología (anticuerpos) 824
20.6. receptores de la célula T 828
20.7. proteínas de histocompatibilidad 829
20.8. citocinas 832
20.9. inmunidad mediada por células 834
20.10. selección clonal y tolerancia inmune 836
20.11. mecanismos de formación de inmunoglobinas 839
20.12. genética y evolución de las inmunoglobinas y de los receptores
de las células T 842
20.13. el sistema complemento 846
20.14. anticuerpos policlonales 847
20.15. reacciones antígeno-anticuerpo 851
20.16. enfermedades inmunológicas 855
20.17 inmunidad frente a las enfermedades infecciosas 858
Capitulo 21
Microbiología e inmunología clínica y diagnostica 865
21.1. aislamiento de patógenos de muestras clínicas 866
21.2. métodos de identificación dependientes de cultivo 872
21.3. cultivos para probar la sensibilidad a los antibióticos
21.4. inmunodiagnóstico 876
21.5. aglutinación 881
21.6. microscópica inmunoloelectrica 882
21.7. anticuerpos fluorescentes 883
21.8. enzimoinmunoanálisis y radioinmunoanálisis 885
21.9. técnicas de inmunotransferencia 890
21.10. sondas de ácido nucleico para el diagnostico clínico 893
21.11. Virología diagnostica 897
21.12. seguridad en el laboratorio clínico 898
Capitulo 22
Epidemiología y microbiología sanitaria 902
22.1. la epidemiología como ciencia
22.2. terminología epidemiológica 904
22.3. reservorios de la enfermedad 906
22.4. epidemiología del SIDA: un ejemplo de cómo se hace una
investigación epidemiológica 909
22.5. trasmisión de las enfermedades infecciosas 911
22.6. la comunidad de hospedadores 913
22.7. infecciones adquiridas en hospitales (nosocomiales) 916
22.8. medidas sanitarias par el control de epidemias 917
22.9.consideraciones globales sobre la salud 919
22.10. emergencia y resurgimiento de enfermedades infecciosas 921
Capitulo 23
Principales enfermedades microbianas 929
23.1. transición de patógenos por el aire 930
23.2. infecciones respiratorias: bacterianas 931
23.3. Mycobacterium y tuberculosis 938
23.4. infecciones respiratorias: víricas 940
23.5. ¿Por qué son tan comunes las infecciones respiratorias? 946
23.6. enfermedades de trasmisión sexual 947
23.7. síndrome de inmunodeficiencia adquirida 953
23.8. enfermedades transmitidas por animales: rabia 960
23.9. enfermedades transmitidas por insectos y garrapatas: rickettsias 961
23.10. enfermedades transmitidas por garrapatas: enfermedad de Lyme 963
23.11. enfermedades transmitidas por insectos: paludismo 966
23.12. enfermedades transmitidas por insectos: paludismo 969
23.13. enfermedades transmitidas por alimentos 971
23.14. enfermedades transmitidas por el agua 977
23.15. sanidad y calidad del agua 980
23.16. hongos patógenos 982
Apéndice 1
Cálculos de energía en bioenergia microbiana A-1
Apéndice 2
Análisis matemático del crecimiento microbiano y del manejo del
quimiostato
A-5
Apéndice 3
Clasificación de Bergey de los procariotas
A-7
Glosario G-1
Índice I-1