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.
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).
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.
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).
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
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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.
