Grades inventos: Microbiología
Salmonella
Las bacterias, descubiertas a finales
del siglo XVII, constituyen, dentro de la microbiología, el objeto de estudio
de la bacteriología. Muchos tipos de bacterias flageladas, como la Salmonella
de la imagen, producen enfermedades en los animales y en las personas.
Microbiología, ciencia que estudia
los organismos de tamaño microscópico, entre los que se incluyen las bacterias,
los protozoos y los virus, así como ciertos hongos (levaduras) y algas
unicelulares de pequeño tamaño.
La microbiología comprende un
conjunto de disciplinas relacionadas, entre las que destacan la bacteriología,
la virología y la parasitología. Esudia, no sólo la morfología de los
microorganismos, sino también su modo de vida, su metabolismo, su estructura
molecular, sus propiedades patogénicas y sus características antigénicas
(aquellas que pueden provocar una respuesta del sistema inmunológico).
|
2.1
|
|
Nacimiento de la microbiología
|
La microbiología surgió como
ciencia tras el descubrimiento, gracias al perfeccionamiento del microscopio,
de los microorganismos. El naturalista holandés Antoni van Leeuwenhoek fue el
primero en describir, en 1683, estos organismos (a los que bautizó como
“animálculos”), que observó con la ayuda de un microscopio construido por él
mismo.
|
2.2
|
|
Desarrollo de la disciplina
|
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.
Fue a partir de la segunda
mitad del siglo XIX cuando los conocimientos de la microbiología avanzaron de
forma notable, gracias, por una parte a Louis Pasteur (considerado el padre de
la microbiología moderna) y, por otra, a Robert Koch (descubridor del agente
responsable de la tuberculosis o bacilo de Koch). Este desarrollo se vio
particularmente estimulado por las implicaciones de la microbiología en el
estudio de muchas enfermedades. De este modo, los trabajos de estos dos
investigadores y de sus discípulos permitieron descubrir numerosos
microorganismos patógenos, proporcionando las bases para el control diversas
enfermedades.
Robert Koch
El bacteriólogo alemán Robert Koch
obtuvo en 1905 el Premio Nobel de Fisiología y Medicina. Conocido como padre de
la bacteriología moderna, Koch demostró que las enfermedades infecciosas están
provocadas por microorganismos y elaboró técnicas para aislar e identificar
bacterias patógenas.
Además, Pasteur, durante una
conferencia pronunciada en la Sorbona en 1864, estableció un principio
fundamental para el avance de las investigaciones: los microorganismos, como
los restantes seres vivos, no aparecen de manera espontánea, sino a partir de
“gérmenes” existentes en el medio (fue el final de la teoría de la generación
espontánea que, durante 200 años, había generado una gran controversia).
Pasteur describió también el origen bacteriano de los procesos de fermentación
y de muchas enfermedades infecciosas.
|
2.3
|
|
El problema de la clasificación de los
microorganismos
|
Tinción de Gram
La tinción de Gram se utiliza para
identificar bacterias tratándolas con un tinte azul y observando cómo responden
a esta coloración. La forma en que se colorean los distintos tipos de células
depende de las variaciones de estructura de la pared celular. Las bacterias
Gram positivas, como Lactobacillus acidophilus, retienen el tinte y se colorean
de azul.
Cuando se descubrieron los
organismos microscópicos, los científicos intentaron incluirlos en los dos
reinos establecidos por Aristóteles (reino Animal y reino Vegetal): en efecto,
aunque Leeuwenhoek los consideró a todos “animales pequeños”, pronto se
confirmó que algunos poseían características vegetales (por ejemplo, actividad
fotosintética). Sin embargo, la clasificación en uno los dos reinos se hacía
imposible para cierto número de microorganismos que poseían a la vez
características animales y vegetales. Fue a finales del siglo XIX cuando el
biólogo alemán Ernst Haeckel agrupó a las bacterias en un reino aparte, el
reino Móneras.
Por otro lado, diversas
experiencias permitieron ampliar considerablemente los conocimientos sobre la
estructura de las bacterias. Así, Hans Christian Joachim Gram (1853-1938) puso
a punto el método de coloración que lleva su nombre y que permitió descubrir la
existencia de dos grandes tipos de bacterias: bacterias Gram positivas (con una
pared gruesa de peptidoglicanos) y bacterias Gram negativas (con una pared
fina). Cuando se les aplica la tinción de Gram, las primeras aparecen de color
púrpura mientras que las bacterias Gram negativas son incoloras o rojizas.
|
2.4
|
|
El siglo XX: los grandes avances
|
Virus
Los virus, como los responsables de la
gripe, la varicela o el sarampión, son entidades orgánicas, compuestas de
material genético (ADN o ARN) rodeado de una cápsula proteica protectora. Sólo
son capaces de replicarse en el seno de células vivas. Los virus son
responsables también de enfermedades como el SIDA, el resfriado común, el
herpes, la rabia y la fiebre amarilla.
A finales del siglo XIX
y comienzos del XX, diversos microbiólogos como el ruso Serguei Winogradsky,
considerado el fundador de la ecología microbiana moderna, emprendieron las investigaciones
sobre el metabolismo de las bacterias (estudios iniciados por Pasteur).
Winogradsky estableció que las bacterias funcionan según dos modelos: la
aerobiosis, que se basa en el consumo de oxígeno; y la anaerobiosis, que
permite a las bacterias vivir en un ambiente desprovisto por completo de
oxígeno. Winogradsky descubrió las bacterias quimiosintéticas, puso de
manifiesto la participación de los microorganismos en el ciclo de la urea y fue
uno de los primeros en estudiar las bacterias simbióticas.
El estudio de los virus
se desarrolló especialmente en el primer tercio del siglo XX. En efecto, a
pesar de que en el año 1905 varios microbiólogos habían demostrado que las
enfermedades víricas conocidas se debían a agentes patógenos minúsculos y no a
las toxinas, los virus siguieron siendo invisibles; y su naturaleza,
desconocida, hasta la década de 1930. En 1935 el bioquímico estadounidense
Wendell Stanley logró aislar y cristalizar un virus: el del mosaico del tabaco.
En 1938 se observaron por primera vez los virus gracias a la invención del
microscopio electrónico. Después, en las décadas de 1960 y 1970 se descubrieron
numerosos virus y se determinaron sus características físicas y químicas.
Posteriormente, las investigaciones
microbiológicas se sirvieron de diversas técnicas innovadoras, como el
microscopio electrónico de barrido o las técnicas de secuenciación del ácido
desoxirribonucleico (ADN). Gracias a todos estos avances, los microorganismos
se clasificaron en función de su estructura molecular, incluyéndolos en tres
reinos. De este modo, las bacterias forman el conjunto de los procariotas, es
decir, organismos en los que el material genético, en forma de ADN, se
encuentra libre en el citoplasma y no incluido en un núcleo: pertenecen al
reino Móneras. Los restantes organismos unicelulares se clasifican como
eucariotas (en los que el genoma está incluido en el núcleo celular). Entre
estos eucariotas unicelulares se distinguen los que pertenecen al reino
Protistas (grupo que engloba a los protozoos y algas unicelulares) y los que
pertenecen al reino Hongos (las levaduras). Los virus constituyen un mundo
aparte, ya que no pueden reproducirse por sí mismos, sino que necesitan
parasitar una célula viva para completar su ciclo vital.
Por último, el descubrimiento
de los priones por Stanley Prusiner y su equipo en 1982 ha abierto una vía de
estudio dentro de la microbiología. Los priones, simples proteínas desprovistas
de material genético, suscitan numerosos interrogantes sobre su funcionamiento
y modo de transmisión.
Fermentación alcohólica y fermentación
láctica
En condiciones de ausencia de oxígeno
(anaerobias), la fermentación responde a la necesidad de la célula de generar
la molécula de NAD+, que ha sido consumida en el proceso energético de la
glicolisis. En la glicolisis la célula transforma y oxida la glucosa en un
compuesto de tres átomos de carbono, el ácido pirúvico, obteniendo dos
moléculas de ATP; sin embargo, en este proceso se emplean dos moléculas de NAD+
que actúan como aceptores de electrones y pasan a la forma NADH. Para que
puedan tener lugar las reacciones de la glicolisis que producen energía es
necesario restablecer el NAD+ por otra reacción. Los dos tipos de fermentación
que se ilustran aquí son particularmente importantes ya que, sus subproductos
–ácido láctico en el primer caso y etanol en el segundo-, son utilizados en la
industria alimentaria. La fermentación láctica también se verifica en el tejido
muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una
aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la respiración
celular.
Existen numerosos campos de
aplicación de la microbiología: la industria alimentaria, la agricultura, el
medio ambiente o la medicina, entre otros. De este modo, resultan de gran
utilidad las fermentaciones que realizan algunos microorganismos, como la
fermentación alcohólica que realizan algunas levaduras; o la fermentación
láctica, que llevan a cabo las bacterias del ácido láctico. Además, los
microorganismos se han utilizado en la obtención de diferentes enzimas o por su
capacidad de degradar o descomponer sustancias contaminantes, como el petróleo
y otros hidrocarburos, presentes en la naturaleza. En general, la biotecnología
(empleo de organismos vivos para la obtención de productos útiles) ha
experimentado un gran avance en las últimas décadas.
En medicina, la microbiología
estudia los mecanismos de infección, desarrollo y supervivencia de los agentes
patógenos. Un conocimiento profundo de la estructura y fisiología de estos
microorganismos permite, en la práctica, una lucha eficaz contra numerosas
enfermedades. Desde que en 1928 Alexander Fleming descubriera la penicilina,
derivada del hongo Penicillium notatum, se han obtenido gran variedad de
antibióticos a partir de otros microorganismos. Las distintas técnicas
empleadas en ingeniería genética han permitido “programar” microorganismos con
objeto de obtener distintos compuestos útiles como la insulina, la hormona del
crecimiento, el interferón o determinadas vacunas.
Además, las investigaciones
basadas en los microorganismos han sido cruciales para comprender muchos
procesos vitales comunes a todos los seres vivos, como la replicación del ácido
desoxirribonucleico (ADN) o la expresión del material genético.
