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________________________________________________________________________ J. González Cabeza.
CAPITULO 1
M MIICCRROOBBIIOOLLOOGGÍÍAA:: HHIISSTTOORRIIAA YY
E EVVOOLLUUCCIIÓÓNN DDEE LLAA MMIICCRROOBBIIOOLLOOGGÍÍAA
“Somos, el producto de una evolución cósmica de quince mil millones de años, que ha
transformado la materia en vida y conciencia”
Albert Einstein
1. MARCO CONCEPTUAL DE LA MICROBIOLOGÍA
Etimológicamente, a la microbiología se la puede definir como la ciencia que trata del estudio de entes biológicos muy pequeños, concretamente de aquellos cuyo tamaño se encuentra por debajo del poder resolutivo del ojo humano. El desarrollo de esta disciplina ha estado determinado por metodologías adecuadas para poner en evidencia las distintas actividades microbianas (carencia de instrumentos y técnicas durante mucho tiempo); precisamente por ello, es que tuvo un origen tardío con relación a otras ciencias biológicas. Con la invención del microscopio en el siglo XVII comienza un lento despegue de esta ciencia, dado que durante los 150 años siguientes, su progreso se limitó casi a una mera descripción de tipos morfológicos microbianos y a los primeros intentos taxonómicos que buscaron su encuadramiento en el marco de los “sistemas naturales”, de los Reinos Animal y Vegetal.
2. OBJETO DE ESTUDIO DE LA MICROBIOLOGÍA El objeto de estudio de una ciencia se puede desglosar en dos apartados: Objeto Material y Objeto Formal. 2 .1. OBJETO MATERIAL: LOS MICROORGANISMOS La Microbiología es la ciencia que se ocupa del estudio de los microorganismos, es decir, de aquellos organismos demasiado pequeños para poder ser observados a simple vista, y cuya visualización requiere el empleo del microscopio. Esta definición implica que el objeto material de la Microbiología viene delimitado por el tamaño de los seres que investiga , lo que supone que abarca una enorme heterogeneidad de tipos estructurales, funcionales y taxonómicos: desde partículas no celulares como los virus, viroides y priones, hasta organismos celulares tan diferentes como las bacterias, los protozoos y parte de las algas y de los hongos. De esta manera la Microbiología se distingue de otras disciplinas organísmicas (como la Zoología y la Botánica) que se centran en grupos de seres vivos definidos por conceptos biológicos homogéneos, ya que su objeto de indagación se asienta sobre un criterio artificial que obliga a incluir entidades sin más relación en común que su pequeño tamaño, y a excluir a diversos organismos macroscópicos muy emparentados con otros microscópicos. A pesar de esto (o incluso debido a ello), la Microbiología permanece como una disciplina perfectamente asentada y diferenciada, que deriva su coherencia interna del tipo de
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metodologías ajustadas al estudio de los organismos cuyo tamaño se sitúa por debajo del límite de resolución del ojo humano, aportando un conjunto específico de conceptos que han enriquecido la moderna Biología. Podemos definir pues, a los microorganismos como “seres de tamaño microscópico dotados de individualidad, con una organización biológica sencilla, bien sea acelular o celular, y en este último caso pudiendo presentarse como unicelulares, cenocíticos, coloniales o pluricelulares, pero sin diferenciación en tejidos u órganos, y que necesitan para su estudio una metodología propia y adecuada a sus pequeñas dimensiones”****. Bajo esta denominación se engloban tanto microorganismos celulares como las entidades subcelulares. 2 .1.1. MICROORGANISMOS CELULARES Comprenden todos los procariotas y los microorganismos eucarióticos (los protozoos, los mohos mucosos, los hongos y las algas microscópicas). Estos grupos heterogéneos será abordado más adelante. 2 .1.2. VIRUS Y PARTICULAS SUBVIRASICAS Otro tipo de objetos de estudio de la microbiología son las entidades no celulares , que a pesar de no poseer ciertos rasgos atribuibles a lo que se entiende por vida, cuentan con individualidad y entidad biológica, y caen de lleno en el dominio de esta ciencia. Los virus son entidades no celulares de muy pequeño tamaño (normalmente inferior al del más pequeño procariota), por lo que debe de recurrirse al microscopio electrónico para su visualización. Son agentes infectivos de naturaleza obligadamente parasitaria intracelular , que necesitan su incorporación al protoplasma vivo para que su material genético sea replicado por medio de su asociación más o menos completa con las actividades celulares normales, y que pueden transmitirse de una célula a otra. Cada tipo de virus consta de una sola clase de ácido nucleico (DNA o RNA, nunca ambos), con capacidad para codificar varias proteínas, algunas de las cuales pueden tener funciones enzimáticas, mientras que otras son estructurales, disponiéndose éstas en cada partícula virica (virión) alrededor del material genético formando una estructura regular (cápside); en algunos virus existe además, una envuelta externa de tipo membranoso, derivada en parte de la célula en la que se desarrolló el virión (bicapa lipídica procedente de membranas celulares) y en parte de origen virásico (proteínas). En su estado extracelular o durmiente, son totalmente inertes, al carecer de la maquinaria de biosíntesis de proteínas, de replicación de su ácido nucleico y de obtención de energía. Esto les obliga a un modo de vida ( sic ) parasitario intracelular estricto o fase vegetativa, durante la que el virión pierde su integridad, y normalmente queda reducido a su material genético, que al superponer su información a la de la célula hospedadora, logra ser expresado y replicado, produciéndose eventualmente la formación de nuevos viriones que pueden reiniciar el ciclo. Por otro lado, los viroides son un grupo de nuevas entidades infectivas, subvirásicas, descubiertas en 1,967 por T.O. Diener en plantas. Están constituidos exclusivamente por una pequeña molécula circular de RNA de una sola hebra, que adopta una peculiar estructura secundaria alargada, debido a un extenso pero no total emparejamiento intracatenario de bases por zonas de homología interna. Carecen de capacidad codificadora y muestran cierta semejanza con los intrones autocatalíticos de clase I, por lo que podrían representar secuencias intercaladas que escaparon de sus genes en el transcurso evolutivo. Se desconocen detalles de su modo de multiplicación, aunque algunos se localizan en el nucleoplasma, existiendo pruebas de la implicación de la RNA polimerasa II en su replicación, por un modelo de círculo rodante que genera concatémeros lineares. Esta replicación parece requerir secuencias conservadas hacia la
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los correspondientes agentes, sus modos de transmisión, los diversos aspectos de la microbiota patógena en sus interacciones con el hospedador, los mecanismos de defensa de éste, así como los métodos desarrollados para combatirlos y controlarlos), como de las que reportan beneficios (ocupándose del estudio de los procesos microbianos que suponen la obtención de materias primas o elaboradas, y de su modificación y mejora racional con vistas a su imbricación en los flujos productivos de las sociedades). Finalmente, la Microbiología ha de ocuparse de todas las técnicas y metodologías destinadas al estudio experimental, manejo y control de los microorganismos, es decir, de todos los aspectos relacionados con el modo de trabajo de una ciencia empírica.
3. IMPORTANCIA DE LA MICROBIOLOGÍA La Microbiología es una ciencia biológica extraordinariamente relevante para la humanidad, dado que los microorganismos están presentes en todos los hábitats y ecosistemas de la tierra, y sus actividades presentan una gran incidencia en numerosísimos ámbitos de interés: Las actividades microbianas sustentan los ciclos biogeoquímicos de la Tierra : Los ciclos del carbono, del nitrógeno, del azufre o del fósforo que dependen de modo fundamental de los microorganismos. Las actividades metabólicas microbianas son excepcionalmente variadas , siendo algunas de ellas exclusivas del mundo procariótico. El aspecto aplicado y la incidencia económica y social de los microorganismos es enorme, y aquí daremos una breve descripción: 3.1. Aspectos Beneficiosos: 3 .1.a. Todas las culturas desarrollaron de modo empírico multitud de bebidas y alimentos derivados de fermentaciones microbianas: Vino, cerveza, pan, verduras fermentadas, etc. 3 .1.b. Producción de multitud de productos industriales : Alcoholes, ácidos orgánicos, antibióticos, enzimas, polímeros, etc. 3 .1.c. La ingeniería genética empezó con los microorganismos, que siguen desempeñando un papel fundamental en la nueva generación de medicamentos recombinantes y de terapias novedosas. 3 .2. Aspecto Perjudicial: 3 .2.a. La Microbiología dedica una especial atención a los microorganismos patógenos , sobre todo a los que afectan a la humanidad. 3 .2.b. Las enfermedades microbianas han sido causa de grandes males a nuestra especie. Baste recordar que la peste ( muerte negra ) causó a mediados del siglo XIV la muerte de la tercera parte de la población europea , y ya en la primera mitad del siglo XV llegó a afectar a más del 75%. Basta leer la literatura o ver las pinturas de la época para darse cuenta del impacto terrorífico que supuso, lo que a su vez supuso un factor esencial en el surgimiento de las ideas del Renacimiento. Desde la época del descubrimiento de América, las exploraciones han conllevado el intenso trasiego de agentes patógenos de un lugar a otro. La desaparición de buena parte de la población indígena se debió en buena parte a no tener defensas frente a la viruela europea, pero a su vez los descubridores importaron la sífilis a Europa. No hace falta resaltar el papel que ha tenido la microbiología médica, desde la época de Pasteur y Koch, en la lucha contra las enfermedades infecciosas (antisepsia, desinfección, esterilización,
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quimioterapia). Y aunque ahora tengamos nuevos retos (SIDA, fiebres hemorrágicas, etc.), no cabe duda de que la Microbiología está contribuyendo a no perder esta permanente batalla contra los gérmenes patógenos. Aparte de todas estas actividades de los microorganismos sobre los humanos, hay que tener en cuenta que existen gérmenes que afectan a animales, plantas, instalaciones industriales, que afectan a alimentos, etc., representando otras tantas áreas de atención para la Microbiología.
4. ORIGEN DEL UNIVERSO Una de las principales inquietudes que ha manifestado la humanidad, es de cómo y cuándo se originó el Universo. A lo largo de los años, son muchas las teorías que se han formulado, algunas de ellas basadas en creencias casi imposibles de comprobar. No obstante, desde el momento en que comienza la investigación basada en el método científico, se han realizado los mayores avances. Figura 1.1. El comienzo, “El Big Bang ” En la actualidad, una de las teorías mas aceptadas en relación al origen del universo, se conoce como el “Big Bang” o gran explosión (Figura 1.1). Esta teoría postula que el universo se origina como consecuencia de una gran explosión ocurrida hace unos 13, 7 00 millones de años (13, 7 x 109 ). Según esta teoría, todo el Universo estaba concentrado en una zona extraordinariamente pequeña del espacio, y explotó (Figura 1. 2 ).
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hidrógeno, helio y algo de litio, lo que dio origen a la primera generación de estrellas. Desde entonces, el universo continúa en constante movimiento y evolución (Figura 1. 2 ). ¿El Sistema Solar, nace Inmediatamente con el Universo? Debemos indicar que nuestro sistema solar surgió alrededor de 4,600 millones de años (4,6 x 10^9 ) atrás y está ubicado en la Vía Láctea , una entre las billones de galaxias que existen en el universo (a modo de comparación podemos estimar que hay más galaxias en el Universo, que granos de arena en todas las playas del mundo ). La hipótesis más aceptada establece que nuestro sistema solar se formó a partir de una inmensa nube de gas y polvo que comenzó a contraerse, mientras rotaba lentamente. Esto dio origen a una protoestrella (aun sin encenderse) , que fue contrayéndose y girando cada vez más rápido, hasta formar un disco en torno a ella. Se cree que aproximadamente un millón de años después de iniciado este proceso, el disco estaba formado por granos de polvo, que se fueron uniendo hasta formar los planetésimos , que posteriormente aumentarían su masa , por choques entre ellos, reuniéndose en un cuerpo cada vez más grande, proceso conocido como acreción , hasta formar lo que hoy conocemos como planetas. Producto de estos choques y la energía disipada en ellos, planetas como nuestra Tierra, se encontraba muy caliente y completamente fundida en sus inicios. En el centro de la protoestrella se produjo un aumento de temperatura de 10,000 millones de grados , lo que dio origen a nuestra estrella: el Sol , que luego se estabilizo , quedando rodeada por un grupo de planetas que orbitan en torno a ella y que constituyen nuestro sistema solar. Como una manera de poder asimilar y comprender los grandes cambios históricos evolutivos acontecidos a lo largo de la historia de la tierra, podemos representarlo en la Figura
1. 3 ; donde la línea recta nos muestra el tiempo relativo de existencia que tiene la tierra, la cual por analogía está representada al equivalente de un año de doce meses (365 días = 31´536, seg). Figura 1.3. Principales hitos históricos en la evolución biológica. Se observa la analogía existente entre la edad de la tierra y su analogía equivalente a un año terrestre.
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A modo de un simple ejercicio podemos hacer sencillas estimaciones las cuales vienen descritas a continuación. CALCULOS Origen de la Tierra → 4,6 X 10^9 años atrás. 01 Año → 365 días / 8760 hrs / 525,600 m / 31´536,000 seg. Ejemplo:
- Extinción de dinosaurios → hace 75 millones de años 4,6 X 10^9 años de la tierra ------------ 31´536,000 seg 75´000,000 de años ---- X X = 5,95 días Por tanto, los dinosaurios se extinguieron hace menos de 6 días según esquema. OTROS EJEMPLOS - Nacimiento de Cristo → hace 2000 años = hace sólo 13,71 seg. - Origen del hombre → 4´000,000 = hace sólo 7,6 hrs. - Primera Célula Primitiva → 4 X 10^9 - 3,5 x 10^9 años = Esta apareció **hace 9,25 – 10,58 meses.
- Primera Célula Eucariota** → 1,5 x 10^9 años = Apareció hace 3,96 meses. De todo lo anterior, podemos deducir que la primera forma viviente aparecida sobre la superficie de la tierra fue un evento relativamente rápido; sin embargo advertimos a la vez que los microorganismos son los entes vivientes que han gobernado la mayor parte del tiempo de existencia de nuestro planeta 5. EL ÁRBOL DE LA VIDA Cabe preguntarse, si la estructura celular es reflejo de una relación evolutiva. La respuesta a esta pregunta es “sí” y “no”. Los vínculos evolutivos entre las formas de vida son el objeto de estudio de la ciencia de la filogenia. Por una parte, se puede afirmar que todas las células procarióticas conocidas son distintas filogenéticamente de las eucarióticas. Por otra parte, parece claro que no todas las células procarióticas están relacionadas entre sí en un sentido evolutivo. Se llegó a esta conclusión tras estudios de la evolución molecular en procariotas , específicamente de las relaciones filogenéticas deducidas después de comparar las secuencias de macromoléculas esenciales. Unos cronómetros excelentes de la relación evolutiva son las macromoléculas ribosómicas, en especial los RNAs ribosómicos. Como todos los organismos contienen ribosomas, y por tanto RNA ribosómico, este tipo de moléculas se pueden usar y de hecho se han usado para construir un árbol filogenético para todas las formas de vida procariótica y eucariótica. Carl Woese , un microbiólogo estadounidense, fue el primero en advertir la posibilidad de emplear el RNA ribosómico como instrumento idóneo para establecer relaciones filogenéticas. La tecnología utilizada en estas estimaciones es ya una práctica rutinaria y se resume en la Figura 1. 6.
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Figura 1. 5. Árbol filogenético de la vida construido a partir de la comparación de las secuencias del RNA ribosómico. El árbol está formado por tres dominios de organismos: Bacteria y Archaea , que presentan células procarióticas, y Eukarya (células eucarióticas). Se indican solamente unos cuantos grupos de organismos dentro de cada dominio. El grupo sombreado en rojo son macroorganismos. El resto de los organismos en el árbol de la vida son microorganismos. Como todas las células de los animales y las plantas son eucarióticas, se deduce que los microorganismos eucarióticos fueron precursores de los organismos pluricelulares. El árbol de la vida refleja claramente este hecho pues, como sería de esperar, los eucariotas microbianos constituyen una rama temprana del árbol mientras que los animales y las plantas se localizan hacia el extremo terminal (Figura 1. 5 ). Además, se sabe ahora que las células eucarióticas contienen genomas de células pertenecientes a dos dominios de organismos. Además del genoma propio empaquetado en los cromosomas del núcleo celular, algunos orgánulos celulares de los eucariotas (específicamente las mitocondrias y los cloroplastos) contienen su propio DNA (normalmente en disposición circular, como en Bacteria) y sus propios ribosomas. Usando la tecnología descrita en la Figura 1. 4 se ha demostrado que estos orgánulos son los antecesores derivados de líneas específicas del dominio de Bacteria. Probablemente , estos orgánulos fueron en otro tiempo células que vivían en estado libre y que, tal vez por protección o por razones de cooperación metabólica, establecieron una residencia estable dentro de células de Eukarya hace algunos eones (eón = unidad geocronológica de rango máximo, equivalente a mil millones de años, que comprende varias eras). El proceso por el que ocurrió esta adaptación se conoce como endosimbiosis. La filogenia basada en el RNA ribosómico ha desvelado las relaciones evolutivas existentes entre todas las células. Más importante aún, esta tecnología ha creado un sistema evolutivo para los procariotas, lo que constituye un importante logro que la ciencia de la microbiología no había abordado desde sus principios. El árbol universal (Figura 1. 6 ) puede hacerse más detallado añadiendo más secuencias adicionales del RNA ribosómico para establecer comparaciones. Además, las técnicas desarrolladas para resolver el problema de la filogenia entre procariotas han tenido una aplicación muy importante en ecología microbiana y en microbiología clínica.
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Figura 1.6. El sistema de Dominios (Reino) fue propuesta por el Dr. Woese. La base del sistema de Dominios está sustentado en las secuencias de rRNA. 5.1. UBICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS EN EL MUNDO VIVO Tras el descubrimiento de los microorganismos, a los naturalistas de la época les pareció normal intentar clasificarlos dentro de los dos grandes reinos de seres vivos conocidos entonces: Animales y Vegetales. De este modo, a finales del siglo XVIII las algas y los hongos quedaron en el reino Plantae , mientras que los llamados “ infusorios ” se encuadraron en el reino Animalia****. A mediados del siglo XIX se empezó a ver que esa clasificación era demasiado sencilla, y que el grupo de los infusorios era muy heterogéneo. En 1 ,866 Haeckel , seguidor de Darwin , propone un famoso árbol filogenético con tres reinos: ➔ Animalia ➔ Plantae ➔ Protista : Que involucra a todos los seres vivos sencillos, sean o no fotosintéticos o móviles. Dentro de él consideraba los siguientes grupos: Protozoos, Algas, Hongos, Moneras (bacterias). Pero esta clasificación iba a ser puesta en entredicho a mediados del siglo XX , cuando las técnicas de microscopía electrónica y bioquímicas demuestran la gran diferencia de las bacterias respecto del resto de organismos. De hecho, ya en los años 60 se reconoce que esta diferencia representa la mayor discontinuidad evolutiva del mundo vivo. En 1,974, el Manual Bergeys (la biblia “oficiosa” de la clasificación bacteriana) considera que la clasificación al máximo nivel del mundo vivo debe reconocer la existencia de dos “Reinos”: Procaryotae (material genético no rodeado por envoltura nuclear). Eucaryotae (núcleo con envoltura nuclear).
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por la introducción en Europa de la sífilis, una enfermedad en la que estaba clara la necesidad de contacto para su contagio; pero la “cosa” que se transmite en la enfermedad siguió siendo objeto de conjeturas durante mucho tiempo. 5.2. SEGUNDO PERIODO: DE LOS PRIMEROS MICROSCOPISTAS Durante el siglo XIV, con la invención de las primeras lentes para corregir la visión, surgió la curiosidad sobre su capacidad de aumentar el tamaño aparente de los objetos; es así, que en el siglo XVI surgieron algunas ideas sobre aspectos de la física óptica de las lentes de aumento, pero no encontraron una aplicación inmediata. Se especula que Galileo hizo algunas observaciones “microscópicas” invirtiendo su telescopio a partir de lentes montadas en un tubo, pero en cualquier caso está claro que no tuvieron ninguna repercusión. La primera referencia segura sobre el microscopio (1,621) la debemos a Constantijn Huygens , quien relata que el inglés Cornelis Drebbel poseía en su taller un instrumento magnificador, que recibió el nombre de microscopium en 1, 625 , en la Accademia dei Lincei de Roma. Sin embargo; el descubrimiento de los microorganismos fue obra de un comerciante holandés de tejidos, Antonie Van Leeuwenhoek (1, 632 - 1 ,723) (Figura 1. 7 ), quien en su pasión por pulir y montar lentes casi esféricas sobre placas de oro, plata o cobre, casi llegó a descuidar sus negocios. Fabricó unos cuatrocientos microscopios simples, con los que llegó a obtener aumentos de casi 300 diámetros (Figura 1. 8 ). Figura 1. 7. Antonie van Leeuwenhoek (1, 632 - 1 ,723) y un microscopio de la época construido por él. Figura 1. 8. Versión moderna del microscopio de Antonie Van Leeuwenhoek, mostrando además sus componentes y el modo de empleo. En parte derecha el microscopio de la época.
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Van Leeuwenhoek en 1 , 675 , descubrió que en una gota de agua de estanque se hallaban presentes una asombrosa variedad de pequeñas criaturas a las que denominó “ animálculos ”. Mas adelante, en 1 ,683 descubre las bacterias , por lo que se considera el “ Padre de la Microbiología ”. Durante varias décadas Leeuwenhoek fue comunicando sus descubrimientos a la Royal Society de Londres a través de una serie de cartas que se difundieron en traducción inglesa (Figura 1. 9 ) , en las “ Philosophical Transactions ”. Sus magníficas dotes de observador le llevaron asimismo a describir protozoos (como Giardia , que encontró en sus propias heces), la estructura estriada del músculo , la circulación capilar , a descubrir los espermatozoides y los glóbulos rojos (por lo que también se le considera el “ fundador de la Histología Animal ” ), así como a detallar diversos aspectos estructurales de las semillas y embriones de plantas. Leeuwenhoek se percató de la abundancia y ubicuidad de sus animálculos, observándolos en vinagre, placa dental, etc. Aunque los descubrimientos de Leeuwenhoek despertaron interés al ser comunicados, pocos intentaron o pudieron reproducirlos seriamente. Además, la fabricación de lentes sencillas de gran aumento era difícil y el manejo de los microscopios simples, bastante engorroso. Figura 1. 9. Dibujos de Van Leeuwenhoek’s de bacterias publicados en 1,684. En estos sencillos dibujos podemos reconocer varios tipos morfológicos de bacterias comunes. A, C, F y G, formas bacilares; E, formas esféricas o cocos; H, grupos de cocos. Paralelamente, el inglés Robert Hooke (1, 635 - 1 , 703 ) usando microscopios compuestos, describió los hongos filamentosos (1667) , y descubrió la estructura celular de las plantas ( Micrographia , 1665) , acuñando el término “ célula ” (Figura 1. 10 ). Pero el trabajo con microscopios compuestos aplicados al estudio de los “animálculos" languideció durante casi 200 años, debido a sus imperfecciones ópticas, hasta que hacia 1830 se desarrollaron las lentes acromáticas. c) Figura 1. 10. a) Robert Hoocke. b) Microscopio utilizado por Robert Hoocke. La lente objetivo se encajaba al final de un fuelle ajustable (G) y la iluminación se concentraba en la muestra por
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Figura 1. 11. Louis Pasteur (1822- 18 95) Estas experiencias de modo abreviado consistieron en que: Calentó infusiones en matraces de vidrio a los que estiraba lateralmente el cuello, haciéndolo largo, estrecho y sinuoso, y dejándolo sin cerrar, de modo que el contenido estuviera en contacto con el aire; tras esta operación demostró que en el líquido no se desarrollaban microorganismos, con lo que eliminó la posibilidad de que un “aire alterado” fuera la causa de la no aparición de gérmenes. Antes bien, comprobó que los gérmenes del aire quedaban retenidos a su paso por el largo cuello sinuoso en las paredes del tubo, y no alcanzaban el interior del recipiente donde se encontraba la infusión, quedando ésta estéril indefinidamente. Sólo si se rompía el cuello lateral o si se inclinaba el frasco de modo que pasara parte de líquido a la porción de cuello, los gérmenes podían contaminar la infusión y originar un rápido crecimiento (Figura 1. 12 ). En 1,861 Pasteur publica otro informe en el que explica, cómo se pueden capturar los “ cuerpos organizados ” del aire con ayuda de un tubo provisto de un tapón de algodón como filtro, y la manera de recuperarlos para su observación microscópica. De esta forma quedaba definitivamente aclarado el origen de los microorganismos, y se abría la “ Edad de Oro” del estudio científico de las formas de vida no observables a simple vista. Los últimos escépticos quedaron silenciados, cuando en 1 ,877 John Tyndall (1, 820 – 1 ,893) aplicó su sistema de esterilización por calentamiento discontinuo (hoy conocida precisamente como tindalización ), que evidenció la existencia de formas microbianas de reposo muy resistentes al calor, lo cual fue confirmado poco más tarde por Ferdinand Cohn al descubrir las esporas bacterianas.
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Dr. José González Cabeza 73 Líquido no estéril vertido en el matraz Cuello del matraz curvado a la llama Esterilización del líquido por calor El aire es expulsado por calentamiento Enfriamiento lento del líquido Polvo y microorganismos atrapados en el cuello Líquido permanece estéril durante muchos años largo Tiempo Extremo abierto Los microorganismos crecen en el líquido Tiempo Matraz ladeado para que el polvo cargado de microorganismos contacte con el líquido estéril corto Figura 1. 12. Experimento de Pasteur con matraces de cuello de cisne. Se muestra el proceso de esterilización del contenido del matraz; si el matraz se mantiene en posición vertical no hay crecimiento microbiano. Si los microorganismos atrapados en el cuello alcanzan el líquido estéril, crecen rápidamente. 5.3.2. DEBATE SOBRE LOS FERMENTOS Un segundo factor contribuyente al nacimiento de la ciencia microbiológica, fue el establecimiento de la relación que une ciertas transformaciones químicas que se dan en las infusiones, con el crecimiento de los gérmenes en ellas existentes. Cagniard - Latour en 1, 836 , y Schwann y Kützing en 1, 837 habían sugerido que las levaduras eran las causantes de la fermentación alcohólica, por la que el azúcar pasa a alcohol etílico y dióxido de carbono, pero se encontraron con la crítica adversa de los grandes químicos de la época ( Berzelius, Wohler y Liebig ). Liebig, hacia 1840 , había realizado importantes confirmaciones a la “ teoría mineral ” sobre la nutrición de las plantas, enfrentándose a la “ teoría del humus ” sostenida por Thaer , asestando un golpe a las ideas vitalistas heredadas de Leibniz. Puesto que se consideraba a las levaduras como plantas microscópicas, se suponía que los procesos de fermentación y putrefacción se debían a fenómenos químicos de descomposición y muerte encuadrables en el marco de la teoría mineral de la fisiología vegetal. Su convencimiento de que toda actividad vital se podía explicar en términos de química y física retrasó por algún tiempo la adscripción de estos fenómenos a células vivas.
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del mundo bacteriano. En 1,887 Petri , un ayudante de Koch, sustituyó las engorrosas bandejas de vidrio cubiertas con campanas, usadas hasta entonces para los cultivos sólidos, por un sistema manejable de placas de cristal planas, que se conoce como cajas de Petri. Figura 1. 13. Robert Koch El desarrollo de los medios selectivos y de enriquecimiento fue una consecuencia de las investigaciones llevadas a cabo por Beijerinck y Winogradsky entre 1, 888 y los primeros años del siglo XX, sobre bacterias implicadas en procesos biogeoquímicos y poseedoras de características fisiológicas distintivas (quimioautótrofas, fijadoras de nitrógeno, etc.). Estos medios, donde se aplica a pequeña escala el principio de selección natural, se diseñan de forma que su composición química definida favorezca sólo el crecimiento de ciertos tipos fisiológicos de microorganismos, únicos capaces de usar ciertos nutrientes del medio. Otra importante aportación a este “ período de cultivo ” dentro del desarrollo de la Microbiología, surgió del uso de medios diferenciales, en los que se manifiesta algún rasgo bioquímico o metabólico, lo que contribuye a la identificación microbiana. Fue Würtz quien, en 1 , 892 , introdujo el uso de indicadores de pH, incorporados en los medios, lo cual permitía revelar la producción de acidificaciones por fermentación en ciertas bacterias. Mientras tanto, en la ciudad de Jena se había creado una atmósfera de progreso donde confluían grandes naturalistas como Haeckel, Strassburger o Abbé interaccionando con una pujante editorial especializada en Biología y Medicina (Gustav Fischer) y con una poderosa industria óptica y química. Estas influencias recíprocas se plasmaron en numerosos proyectos que reflejaban la efervescencia de las ciencias naturales tras la estela de Darwin. Concretamente, la industria óptica de Abbé y Zeiss, que se mantenía en conexión con la compañía vidriera Schott, pudo satisfacer la necesidad de Koch de perfeccionar el microscopio compuesto, introduciendo lentes acromáticas y una iluminación inferior provista de condensador. El mismo Abbé desarrolló en 1, 878 el objetivo de inmersión en aceite (Figura 1. 13 y 1. 14 ). Por otro lado, la industria química BASF , que por aquella época se encontraba en pleno auge de patentes de nuevos colorantes, suministró al laboratorio de Koch una serie de derivados de anilina que teñían las bacterias permitiendo su fácil visualización al microscopio en frotis de tejidos infectados. En 1, 875 Carl Weigert tiñó bacterias con pirocarmín , un colorante que ya venía siendo usado desde hacía unos años en estudios zoológicos. En años sucesivos se fueron introduciendo el azul de metileno (Koch, 1,877) , la fucssina , y el violeta cristal. En 1, 882 – 1 ,883 Ziehl y Neelsen desarrollan su método de ácido-alcohol resistencia para teñir Mycobacterium tuberculosis. En 1884 el patólogo danés Christian Gram establece una tinción de contraste que permite distinguir dos tipos bacterianos en función de sus reacción diferencial de tinción y que, como se vería mucho más
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tarde, reflejaba la existencia de dos grupos de bacterias con rasgos estructurales distintivos. En 1 ,890 Loeffler logra visualizar flagelos bacterianos por medio de su técnica de impregnación argéntica. Como veremos más adelante, la misma industria de colorantes alemana previa a la primera guerra mundial fue decisiva también para los comienzos de la quimioterapia. Figura 1. 14. Iluminación del microscopio, fruto de la colaboración entre Koch y Abbe. Figura 1. 15. Objetivo de inmersión, fruto de la colaboración entre Koch y la industria óptica Carl Zeiss. 5.3.4. EL PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LAS ENFERMEDADES Durante el siglo XIX la atención de muchos naturalistas se había dirigido hacia las diversas formas de animales y plantas que vivían como parásitos de otros organismos. Este interés se redobló tras la publicación de los libros de Darwin, estudiándose las numerosas adaptaciones evolutivas que los distintos parásitos habían adquirido en su peculiar estilo de vida. Sin embargo, la adjudicación de propiedades de parásitos a los microorganismos vino del campo médico y veterinario, al revalorizarse las ideas sobre el origen germinal de las enfermedades infecciosas. En 1,835 Agostino Bassi (1, 773 - 1 ,856) demostró que cierta enfermedad del gusano de seda ( mal di segno ) , que había hecho su aparición en Lombardía, se debía a un hongo ( Botrytis bassiana ). Cuatro años más tarde J.L. Schönlein descubrió la asociación de un hongo con una enfermedad humana de la piel. En 1,840 Henle , de la escuela fisiológica de Johannes Müller, planteó la teoría de que las enfermedades infecciosas están causadas por seres vivos invisibles , pero de nuevo la confirmación de estas ideas tuvo que esperar a que la intervención de Pasteur demostrara la existencia de microorganismos específicos responsables de enfermedades.
