Bacteriología

Grandes descubrimientos: Bacteriología

Anatomía de una bacteria sencilla

Una bacteria simplificada está formada por tres capas externas que envuelven las estructuras internas; la capa pegajosa protege la pared celular rígida, que a su vez cubre la membrana celular semipermeable. El flagelo es un medio de locomoción y los pelos que se extienden por fuera de la cápsula ayudan a la bacteria a sujetarse a las superficies. El material genético está contenido en el ADN que forma el nucleoide. Los ribosomas que flotan en el citoplasma intervienen en la síntesis de proteínas.

Bacteriología, ciencia que estudia las bacterias, incluyendo su clasificación, y la prevención de enfermedades de etiología bacteriana. Las materias que componen la bacteriología son objeto de estudio no sólo de los microbiólogos, sino también de químicos, bioquímicos, genetistas, patólogos, inmunólogos y médicos.

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HISTORIA

Louis Pasteur

Pasteur hizo importantes contribuciones en el campo de la química orgánica a mediados del siglo XIX, desarrolló varias vacunas, incluida la de la rabia, y desautorizó la teoría de la generación espontánea. Se le considera fundador de la microbiología. Desarrolló la teoría de los gérmenes para determinar la causa de muchas enfermedades.

Las bacterias fueron descritas por primera vez por el naturalista holandés Antoni van Leeuwenhoek, que las observó con la ayuda de un microscopio simple construido por él mismo. Comunicó su descubrimiento a la Real Sociedad de Londres en 1683, pero la bacteriología no se desarrolló como ciencia hasta mediados del siglo XIX. En efecto, durante casi doscientos años se pensó que las bacterias aparecían por generación espontánea, y fue necesario el esfuerzo de varias generaciones de químicos y biólogos para demostrar que, como todos los seres vivos, las bacterias se reproducen a partir de otras. Este hecho fundamental fue establecido definitivamente en 1860 por el científico francés Louis Pasteur, quién también describió el origen bacteriano de los procesos de fermentación y de muchas enfermedades infecciosas. La primera clasificación sistemática de las bacterias fue publicada en 1872 por el biólogo alemán Ferdinand J. Cohn, que las situaba en el reino Vegetal. Hoy en día forman parte del reino Móneras. En 1876 Robert Koch, que ya había diseñado el procedimiento de inocular las bacterias directamente en un medio nutriente para cultivarlas y estudiarlas, identificó a una bacteria como agente etiológico del carbunco.

En 1880 se inició el conocimiento científico de la inmunidad frente a las bacterias: Pasteur descubrió que el Bacillus anthracis cultivado a una temperatura entre 42 y 43 °C pierde toda su virulencia tras varias generaciones, y más tarde se descubrió que los animales inoculados con estas bacterias debilitadas eran resistentes a la infección. Desde esa fecha se puede decir que nació la prevención, modificación y tratamiento de las enfermedades mediante la inmunización, uno de los avances más importantes de la medicina actual (véase Inmunología).

Otros avances importantes de la bacteriología fueron los descubrimientos de los agentes causales de la melioidosis (1862), la fiebre recurrente (borreliosis 1868), la fiebre tifoidea (1880), el tétanos (1885), la tuberculosis (1890), la peste bubónica (1894), la disentería bacilar (1898), la sífilis (1905) y la tularemia (1912).

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CULTIVO

Cultivos bacterianos

Colonias de bacterias Escherichia coli (más grande, rosa) y Proteus vulgaris (más pequeña, de color castaño) que crecen juntas en una placa Petri. En circunstancias normales estas bacterias son inofensivas y habitan en el intestino humano favoreciendo la digestión, si bien pueden convertirse en patógenas y producir infecciones del tracto urinario. Los científicos y médicos llevan a cabo cultivos bacterianos y estudian sus características con el fin de adquirir conocimientos respecto a las enfermedades bacterianas y su prevención.

Un método fundamental para estudiar las bacterias es cultivarlas en un medio líquido o en la superficie de un medio sólido de agar. Los medios de cultivo contienen distintos nutrientes que van, desde azúcares simples hasta sustancias complejas como la sangre o el extracto de caldo de carne. Para aislar o purificar una especie bacteriana a partir de una muestra formada por muchos tipos de bacterias, se siembra en un medio de cultivo sólido donde las células que se multiplican no cambian de localización; tras muchos ciclos reproductivos, cada bacteria individual genera por escisión binaria una colonia macroscópica compuesta por decenas de millones de células similares a la original. Si esta colonia individual se siembra a su vez en un nuevo medio crecerá como cultivo puro de un solo tipo de bacteria.

Muchas especies bacterianas son tan parecidas morfológicamente que es imposible diferenciarlas sólo con el uso del microscopio; en este caso, para identificar cada tipo de bacteria, se estudian sus características bioquímicas sembrándolas en medios de cultivo especiales. Así, algunos medios contienen un producto que inhibe el crecimiento de la mayoría de las especies bacterianas, pero no la de un tipo que deseamos averiguar si está presente. Otras veces el medio de cultivo contiene determinados azúcares especiales que sólo pueden utilizar algunas bacterias. En algunos medios se añaden indicadores de pH que cambian de color cuando uno de los nutrientes del medio es fermentado y se generan catabolitos ácidos. Si las bacterias son capaces de producir fermentación, generan gases que pueden ser apreciados cuando el cultivo se realiza en un tubo cerrado. Con otros medios de cultivo se identifica si las bacterias producen determinadas enzimas que digieren los nutrientes: así, algunas bacterias con enzimas hemolíticas (capaces de romper los glóbulos rojos) producen hemólisis y cambios apreciables macroscópicamente en las placas de agar-sangre. Los diferentes medios y técnicas de cultivo son esenciales en el laboratorio de microbiología de un hospital, pues sirven para identificar las bacterias causantes de las enfermedades infecciosas y los antibióticos a los que son sensibles esas bacterias.

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ESTERILIZACIÓN

La esterilización es un proceso esencial para el funcionamiento de un hospital, en el cual se deben utilizar todos los instrumentos quirúrgicos, implantes y muchos otros dispositivos absolutamente esterilizados. La desecación y la congelación eliminan muchas especies de bacterias, pero otras simplemente permanecen en estado vegetativo. El calor seco o húmedo elimina todas las bacterias combinando adecuadamente factores como la temperatura a la que se someten y el tiempo de exposición. Se puede esterilizar por calor seco en estufas a más de 160 °C durante media hora, o por calor húmedo en autoclaves a 120 °C durante 20 minutos y a presión superior a la atmosférica. La ebullición a 100 °C no elimina todos los gérmenes patógenos (entre los que no sólo están incluidas las bacterias sino también virus y levaduras). Otro medio habitual de esterilización, utilizado para objetos no resistentes al calor, son los medios químicos: el ácido fénico, iniciador de la era de la antisepsia (véase Fenol), el ácido cianhídrico (véase Cianuro de hidrógeno), el óxido de etileno, la clorhexidina, los derivados mercuriales, los derivados del yodo (especialmente la povidona yodada) y muchas otras sustancias. El alcohol etílico no produce esterilización completa. Otro medio de esterilización actual son las radiaciones ionizantes (beta, gamma).

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EXAMEN MICROSCÓPICO

El microscopio es una de las herramientas de trabajo más importantes de la bacteriología. La tinción de las bacterias y sus cultivos fue descrita en 1871 por el patólogo alemán Karl Weigert. Es un procedimiento de gran ayuda para el bacteriólogo a la hora de identificar y observar las bacterias en el microscopio. El espécimen bacteriano se coloca en un portaobjetos de cristal, la preparación se seca suavemente, y se tiñe para facilitar la observación de los microorganismos. Las tinciones también estimulan algunas reacciones específicas de determinadas bacterias: por ejemplo, el bacilo de la tuberculosis sólo puede ser reconocido tras su reacción con distintas tinciones como la tinción de Gram. Desde hace algunas décadas los bacteriólogos cuentan con otra potente herramienta, el microscopio electrónico, que presenta una capacidad de ampliación muy superior al microscopio óptico tradicional.

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INVESTIGACIONES ACTUALES

En los últimos años la bacteriología se ha extendido más allá de sus fronteras, antes limitadas al estudio de las bacterias patógenas. El descubrimiento de la fijación de nitrógeno por algunas bacterias situadas en los nódulos de las raíces de las leguminosas, ha propiciado los intentos de anclar estas bacterias en otros vegetales y así aumentar la fertilidad de las tierras de cultivo y la productividad de las cosechas. Mediante ingeniería genética se han desarrollado bacterias que digieren el petróleo y otros hidrocarburos; sirven para combatir las mareas negras (véase Contaminación por crudos). Otras bacterias absorben fósforo y pueden servir para eliminar restos de detergentes de las aguas residuales domésticas e industriales. Algunas bacterias son más eficientes que las levaduras cuando producen alcohol mediante procesos de fermentación. La Escherichia coli, una bacteria habitual no patógena de la flora intestinal humana y animal, es el germen más estudiado y utilizado en todos estos experimentos. Las investigaciones sobre intercambios genéticos, biología de plásmidos y bacteriófagos en la E. coli han sido cruciales para entender muchos aspectos de la replicación del ADN y la expresión del material genético. Estos estudios han permitido insertar en los plásmidos y bacteriófagos de la E. coli fragmentos de ADN procedente de otros organismos, así se consigue que la bacteria replique ese ADN foráneo y exprese su información genética fabricando proteínas propias del organismo donador del ADN. De este modo, la bacteria llega a transformarse en una verdadera fábrica viviente de productos biológicos escasos y de difícil obtención, como la insulina humana, el interferón, la hormona del crecimiento y la calcitonina, entre otros. Este proceso de manipulación del ADN forma parte de la ingeniería genética, entroncada directamente con la bacteriología. De sus posibilidades basta con dar un ejemplo: antes la hormona del crecimiento (GH) se obtenía de la hipófisis de cadáveres humanos en cantidades muy pequeñas (1 mg por cada una). Hoy en día se fabrica en enormes tanques de cultivo a partir de E. coli y se obtiene en grandes cantidades. Sólo estamos al principio de la era de la ingeniería genética.