Ciclos Bioegemonicos

El uso de microorganismos con fines agrícolas, se remonta a la antigua Roma y Grecia, donde antes de la era cristiana ya se conocían las bondades de las aplicaciones de tierra que hubiese sido cultivada con guisantes o judías, cacahuates o alfalfa, ya que aumentaba la productividad en lugares donde por primera vez se sembraría uno de estos cultivos.

Más tarde se conocería de la existencia de una bacteria productora de nodulaciones a nivel rizosférico, llamada Rhizobium, aislada por primera vez en 1888 por Heliriegel y Wilfarth. Años más tarde en 1903, la inoculación obligada de bacterias a las siembras de leguminosas, era ya una rutina agrícola.

En el siglo XVII, en Delft, Holanda se produjo un gran cambio cuando Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) fabrico los primeros microscopios que revelaron con toda claridad la presencia de microorganismos tan pequeños como las bacterias. Sorprendentemente los avances en el terreno de la microbiología del suelo fueron muy escasos durante los siguientes cien años, Más adelante a mediados del siglo XIX y a principios del siglo XX, la investigación microbiológica vivió un periodo muy fecundo, impulsados por científicos como Louis Pasteur, Robert Koch y Serge Winogradsky.

A Pasteur, se le atribuye el impulso inicial a la fisiología microbiana pero Robert Koch fue el primero en desarrollar las técnicas del cultivo de microorganismos.

Koch fuè un médico rural que se distinguió en el terreno de la microbiología por sus procedimientos para aislar y desarrollar cultivos puros de microorganismos. Se le atribuye el método para la relación causa efecto que se recoge en los denominados postulados de Koch los cuales demuestran la cusa de la enfermedad producida por un agente patogénico.

En 1886 Hellriegel y Wilfarth logran demostrar la fijacion biologica del Nitrogeno y en 1888 Beijerinck logra aislar las bacteria nitrificantes de nodulos de leguminosas. Beijerinck tambien fué el primero en reconocer que existía un agente virulento mas pequeño que las bacterias, capaz de causar enfermedades a las plantas y lo denominó como el virus del mosaico del pepino.

Serge Winogradsky fué el primero en interesarse por el estudio de las actividades microbianas directamente relacionadas con el suelo y desarrolló una columna que lleva su nombre y que es utilizada para el estudio del ciclo del azufre en el laboratorio. Tambien estudió profundamente el ciclo del nitrogeno y el proceso de la nitrificacion, mediada por bacterias en donde se da el paso de amonio (NH4) a Nitrito (NO3). Llegó a describir el metabolismo microbiano de tipo quimioautotrofo en donde los organismos son capaces de utilizar como fuente de carbono compuestos inorganicos y logró aislar la bacteria Clostridium, capaz de convertir el nitrogeno atmosferico en amoniaco.

Posteriormente con el diseño del cromatógrafo de gases que permitió medir y cuntificar los productos resultantes del metabolismo microbiano del suelo y los avances en Biología Molecular, hemos entrado en la época moderna de la microbiologia del suelo con vances sorprendentes no solo en la creacion y utilizacion de organismos genetiamente modificados sino en el entendimiento de las intrincadas relaciones existentes entre microorganismos- suelo-planta-ambiente, que implican mecanismos de comunicacion, protocoperacion, competencia, mutualismo, simbiosis y coevolucion, mediados por señales y procesos bioquimicos que hoy es posible evidenciar y cuntificar.

La ecologia microbiana, la bioremediacion, relaciones rizosfericas, el metabolismo microbiano y la caracterizacion molecular, son sin duda algunos de los campos en que la microbiologia del suelo enfocará su atencion durante la proxima década.

La microbiología del suelo ha adquirido el peso suficiente como para que muchos centros de estudio dispongan en sus facultades de microbiólogos dedicados a este campo. Entre los campos de estudio actuales se encuentran:

• La fijación simbiótica del Nitrógeno.

• La descomposición de la materia orgánica,

• Las trasformaciones minerales del nitrógeno (nitrificación, desnitrificación, y amonificación).

• Estudios de la rizósfera (interacciones de la raíz, el suelo y los microorganismos).

• Enzimas del suelo (Ureasas, celulosas, ligninazas, fosfatasas).

• Biodegradación y Biorremediación.

• Transformación de metales.

• Ciclo de carbono.

• Gases causantes del efecto invernadero y Captura de CO2.

• Diseño y supervisión de organismos manipulados mediante ingeniería genética.

• Ecología microbiana.

• Actividad microbiana del subsuelo.

• Producción de sustancias estimuladoras del crecimiento vegetal (PGPR).

Los microorganismos contienen entre un 70 a un 85% de agua (Stolp, 1988). La materia seca restante consta de un 50% de proteínas, de un 10 a 20 % de lípidos (pared celular), entre 10 y 20 % de ARN y de 3-4% de ADN.

Al igual que las plantas y los animales los microorganismos presentan unos requerimientos de alimentación básicos para su supervivencia, un ambiente favorable con un pH adecuado, una temperatura apropiada y condiciones de aireacion . Segun el tipo de microorganismo, utilizan diferentes sustratos como fuente de energìa , desde la luz solar (fototrofos), materia organica (compuestos de Carbono) en cuyo caso se denominan heterotrofos, CO2 en el caso de los autotrofos y minerales en el caso de los quimiotrofos.

Tambien utilizan diferentes sutratos como aceptores de electrones, segun sea su adaptacion al medio y su tipo de metabolismo. Cuando los microorganismos utilizan como aceptor final de electrones el O2 , se trata de microorganismos aerobios que siguen la ruta metabolica de la glucolisis y el ciclo de Krebs.

Los microorganismos anaerobios utilizan como aceptores de electrones otros compuestos como compuestos organicos (piruvato,acetaldehido), en cuyo caso obtienen el ATP necesario mediante el proceso de fermentaciòn. Cuando el sustrato aceptor de electrones son compuestos inorganicos como CO2 , NO3 , SO4 o Fe+3, se habla de respiracion anaerobia .

Enzimas del suelo

Las enzimas son proteínas que catalizan (aceleran) la transformación de sustancias inorgánicas y orgánicas sin experimentar cambios en si mismas.

Están constituidas por aminoácidos unidos entre si por enlaces peptidicos. La función de las enzimas depende de su estructura, sea esta primaria, secundaria, terciaria, o cuaternaria, el cual depende a su vez del pH y la temperatura.

Las reacciones biologicas utilizan 6 clases de enzimas principales para regular los diferentes procesos:

Oxidoreductasas, que regulan reacciones de Oxidaciòn y reduccion

Transferazas: que regulan la transferencia de grupos funcionales de una molecula a otra como en el caso de reacciones de transaminacion.

Hidrolasas que intervienen en reacciones de ruptura de enlaces por hidròlisis

Isomerasas, que transforman un isomero quimico en otro mediante procesos de isomerizacion. Por ejemplo la transformacion de glucosa en galactosa.

Ligasas que catalizan la formacion de un enlace quimico entre dos moleculas de gran tamaño.

Liasas que intervienen en la ruptura de enlaces quimicos de carbono en compuestos organicos

Las enzimas están asociadas a las células vivas en el citoplasma y en la pared celular , pero tambien pueden ser ser extracelulares y estar unidas a células vivas o muertas.

Las enzimas extracelulares pueden ser excretadas por los organismos al ambiente exterior con el fin de descomponer polímeros grandes en subunidades más pequeñas y fàciles de absorver. Esto es lo que se denomina como metabolismo externo y es llevado a cabo tanto por las raices de las plantas como por microorganismos.

Cuando se habla del suelo como un ente vivo, se concidera que tiene un metabolismo que depende de la actividad de un "rumen externo" conformado por los microorganismos del suelo, capaces de degradar moleculas complejas bien sea a traves de su metabolismo interno o por accion de enzimas extracelulares. Las moleculas degradadas son facilmente absorbidas por las raices de las plantas y por los mismos microorganismos formando una cadena infinita de reacciones de construccion y degradacion de materia

La clasificacion de los microorganismos del suelo no es una clasificacion rigurosa ya que incluye individuos pertenecientes a cuatro reinos diferentes:

Reino Monera (Procariotas): Bacterias

Reino Protista: Contiene a todos aquellos organismos eucariotas que no pueden clasificarse dentro de alguno de los otros tres reinos eucarióticos (fungi, animalia o plantae) . A el pertenecen los protozoos ,algas rojas , algas pardas y diatomeas.

Reino Fungi: Al que pertenecen los hongos

Reino Plantae: Organismos multicelulares, celulas eucariotas con pared celular: Algas verdes

La mayor densidad microbiana está concentrada en la capa superior del suelo hasta los primeros 10 cm . A medida que se aleja de la superficie el número total de microorganismos disminuye y se modifica también la composición de especies de la comunidad en su conjunto (Bonilla 1998).

Los Actinomicetos, son organismos que comparten caracteristicas de las bacterias y de los hongos, es decir que transitan entre ambos reinos. En 1940, antes del desarrollo de los antibióticos, se describieron cinco géneros de actinomicetos. En la actualidad se han identificado 80 y se dice que hay muchos por identificar, la mayor parte de estos generan antibióticos y son tan tóxicos que no solamente atacan la enfermedad sino que puede causar la muerte del paciente. Los actinomicetos son abundantes y están ampliamente distribuidos en el suelo, así como en las aguas de charcos, lodos y abonos orgánicos. De los géneros el más común es el Streptomyces.

La mayoría de los estreptomicetos aislados del suelo pueden producir antibióticos de importancia médica e industrial, tales como: estreptomicina, clorafenicol, tetraciclina, neomicina, nistatina y otro bajo condiciones de laboratorio.

En el suelo, los antibióticos pueden controlar enfermedades de plantas mediante la acción directa sobre el patógeno, actuando en el hospedero provocando transformaciones de sustancias sin la participación de la planta, neutralizando toxinas secretadas por el patógeno o una combinación (Bonilla 1998). Por ultimo, su propio micelio representa una interesante materia prima para la síntesis de compuestos húmicos

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