Procesos Biológicos Fundamentales: Ciclos Biogeoquímicos y Biotecnología Aplicada

Ciclos Biogeoquímicos y Biotecnología Ambiental: Conceptos Clave

A continuación, se presenta una revisión de procesos biológicos esenciales, incluyendo ciclos biogeoquímicos y aplicaciones de la biotecnología.

Ciclo del Carbono

El ciclo del carbono describe el proceso por el cual este elemento circula entre la atmósfera, los seres vivos, los océanos y la Tierra. Sus principales reservorios son las rocas carbonatadas, los combustibles fósiles y la atmósfera.

• La atmósfera es un depósito activo y su concentración de CO2 se incrementa constantemente debido a la respiración y la combustión.
• Las plantas y algas fijan el CO2 atmosférico mediante la fotosíntesis, incorporándolo a la materia orgánica.
• Los restos de animales y plantas son descompuestos por bacterias y hongos, devolviendo CO2 al medio por fermentación o respiración anaerobia.
• Las arqueobacterias metanogénicas producen metano al oxidar CO2 por otras bacterias.

Ciclo del Nitrógeno

Este es el proceso por el que el nitrógeno (N) pasa del aire al suelo, a los seres vivos y luego regresa a la atmósfera.

1. Fijación: Ciertas bacterias del suelo transforman el N atmosférico (N₂) en amoníaco (NH₃).
2. Nitrificación: Otras bacterias convierten el amoníaco en nitritos y, posteriormente, en nitratos, los cuales pueden ser absorbidos por las plantas.
3. Los animales obtienen el N al alimentarse de las plantas.
4. Amonificación: Cuando los seres vivos mueren o expulsan desechos, se produce la amonificación, que devuelve el N al suelo en forma de amoniaco.
5. Desnitrificación: Finalmente, algunas bacterias transforman los nitratos en N gaseoso que regresa a la atmósfera, cerrando así el ciclo.

La Biotecnología Ambiental

La biotecnología ambiental es el conjunto de procesos mediados por organismos cuya finalidad es preservar el medioambiente. Presenta dos líneas de actuación principales:

Biorremediación y Biodegradación

• Biorremediación: Utilización de microorganismos para eliminar sustancias contaminantes del medio ambiente.
• Biodegradación: Degradación de materiales como papel, pintura, fibras textiles o hidrocarburos mediante microorganismos.

Aplicaciones Específicas

Biodegradación del Petróleo

Algunas bacterias son capaces de descomponer el petróleo o sus derivados, por lo que se utilizan en los vertidos petroleros y en las mareas negras. Su acción se potencia añadiendo nutrientes inorgánicos. El factor limitante es que no son capaces de degradar todos los hidrocarburos del petróleo, por lo que algunos se han modificado genéticamente con plásmidos.

Tratamiento de Aguas Residuales

Las aguas residuales contienen materia orgánica e inorgánica procedentes de la industria y el ámbito doméstico. En una planta depuradora:

1. Primero se separan los materiales inorgánicos.
2. Después, los microorganismos actúan sobre la materia orgánica fermentándola.
3. Finalmente, el agua es sometida a tratamientos que eliminan los tóxicos inorgánicos y los restos de las bacterias de fases anteriores.

Biocombustibles

Son combustibles obtenidos mediante la degradación de la materia orgánica.

• Biodiesel: Se emplean aceites de girasol o soja, o aceites producidos por bacterias, algas unicelulares y hongos (como Candida).
• Bioetanol: Se obtiene por fermentación realizada por microorganismos etanogénicos, a partir de cereales, remolacha o caña de azúcar.

Multiplicación de los Virus

Los virus necesitan células para multiplicarse, llevando a cabo dos ciclos principales:

Ciclo Lítico

Es el ciclo de infección que termina con la destrucción de la célula huésped.

1. Adsorción y Penetración: El virus se une a la célula y entra en ella, inyectando su material genético o entrando entero.
2. Síntesis del Genoma y Proteínas Víricas: El virus usa la maquinaria de la célula para replicar su material genético y fabricar sus proteínas.
3. Maduración y Ensamblaje: Se forman nuevas partículas víricas uniendo el material genético y las proteínas.
4. Liberación: Los nuevos virus salen de la célula, a menudo rompiéndola, y pueden infectar a otras.

Ciclo Lisogénico

Es un ciclo de infección persistente donde el virus no destruye la célula inmediatamente.

• El virus introduce su material genético en la célula del huésped, integrándolo en el cromosoma bacteriano.
• Permanece inactivo y se replica junto con el ADN de la bacteria, que cada vez que se divide no origina virus nuevos.
• Bajo ciertas condiciones, el ADN vírico puede separarse y empezar un ciclo lítico.
• Este ciclo es común en virus que infectan bacterias; en animales se denomina infección latente.