Microbiología

La microbiología (del griego μῑκρος, mīkros, "pequeño"; βίος, bios, "vida"; y -λογία, -logia) es el estudio científico de los microorganismos, ya sean unicelulares (célula única), pluricelulares (colonia celular) o acelulares. (sin células). La microbiología abarca numerosas subdisciplinas que incluyen virología, bacteriología, protistología, micología, inmunología y parasitología.

Los microorganismos eucariotas poseen orgánulos unidos a la membrana e incluyen hongos y protistas, mientras que los organismos procariotas, todos los cuales son microorganismos, se clasifican convencionalmente como que carecen de orgánulos unidos a la membrana e incluyen Bacteria y Archaea. Los microbiólogos tradicionalmente se basaban en el cultivo, la tinción y la microscopía. Sin embargo, menos del 1% de los microorganismos presentes en ambientes comunes se pueden cultivar de forma aislada utilizando los medios actuales. Los microbiólogos a menudo confían en herramientas de biología molecular como la identificación basada en secuencias de ADN, por ejemplo, la secuencia del gen 16S rRNA utilizada para la identificación de bacterias.

Los virus se han clasificado de forma variable como organismos, ya que se han considerado microorganismos muy simples o moléculas muy complejas. Sin embargo, los virólogos han investigado los priones, que nunca se consideraron microorganismos, ya que originalmente se supuso que los efectos clínicos que se les atribuyeron se debían a infecciones virales crónicas, y los virólogos realizaron una búsqueda y descubrieron "proteínas infecciosas".

La existencia de microorganismos se predijo muchos siglos antes de que se observaran por primera vez, por ejemplo, por los jainistas en la India y por Marcus Terentius Varro en la antigua Roma. La primera observación microscópica registrada fue de cuerpos fructíferos de mohos, por Robert Hooke en 1666, pero el sacerdote jesuita Athanasius Kircher fue probablemente el primero en ver microbios, que mencionó observar en la leche y material pútrido en 1658. Se considera que Antonie van Leeuwenhoek un padre de la microbiología mientras observaba y experimentaba con organismos microscópicos en la década de 1670, usando microscopios simples de su propio diseño. La microbiología científica se desarrolló en el siglo XIX a través del trabajo de Louis Pasteur y en microbiología médica Robert Koch.

Historia

La existencia de microorganismos se planteó como hipótesis durante muchos siglos antes de su descubrimiento real. La existencia de vida microbiológica invisible fue postulada por el jainismo, que se basa en las enseñanzas de Mahavira ya en el siglo VI a. Paul Dundas señala que Mahavira afirmó la existencia de criaturas microbiológicas invisibles que viven en la tierra, el agua, el aire y el fuego. Las escrituras jainistas describen a los nigodas, que son criaturas submicroscópicas que viven en grandes grupos y tienen una vida muy corta, y se dice que impregnan todas las partes del universo, incluso en los tejidos de las plantas y la carne de los animales.El romano Marcus Terentius Varro hizo referencia a los microbios cuando advirtió contra la ubicación de una vivienda en las cercanías de los pantanos "porque allí se crían ciertas criaturas diminutas que no se pueden ver con los ojos, que flotan en el aire y entran en el cuerpo por la boca y nariz y por lo tanto causar enfermedades graves".

Los científicos persas plantearon la hipótesis de la existencia de microorganismos, como Avicena en su libro El canon de la medicina, Ibn Zuhr (también conocido como Avenzoar) que descubrió los ácaros de la sarna y Al-Razi, que dio la descripción más antigua conocida de la viruela en su libro La vida virtuosa. (al-Hawi).

En 1546, Girolamo Fracastoro propuso que las enfermedades epidémicas eran causadas por entidades similares a semillas transferibles que podían transmitir la infección por contacto directo o indirecto, o transmisión por vehículos.

En 1676, Antonie van Leeuwenhoek, que vivió la mayor parte de su vida en Delft, Países Bajos, observó bacterias y otros microorganismos utilizando un microscopio de lente única diseñado por él mismo. Se le considera un padre de la microbiología, ya que fue pionero en el uso de microscopios simples de una sola lente de su propio diseño. Mientras que Van Leeuwenhoek se cita a menudo como el primero en observar microbios, Robert Hooke hizo su primera observación microscópica registrada, de los cuerpos fructíferos de los mohos, en 1665. Sin embargo, se ha sugerido que un sacerdote jesuita llamado Athanasius Kircher fue el primero en observar microorganismos.

Kircher fue uno de los primeros en diseñar linternas mágicas con fines de proyección, por lo que debe haber estado muy familiarizado con las propiedades de las lentes. Escribió "Acerca de la maravillosa estructura de las cosas en la naturaleza, investigadas por microscopio" en 1646, afirmando "quién creería que el vinagre y la leche abundan con una multitud innumerable de gusanos". También notó que el material pútrido está lleno de innumerables animálculos rastreros. Publicó su Scrutinium Pestis (Examen de la peste) en 1658, afirmando correctamente que la enfermedad fue causada por microbios, aunque lo que vio probablemente fueron glóbulos rojos o blancos en lugar del agente de la peste en sí.

El nacimiento de la bacteriología

El campo de la bacteriología (más tarde una subdisciplina de la microbiología) fue fundado en el siglo XIX por Ferdinand Cohn, un botánico cuyos estudios sobre algas y bacterias fotosintéticas lo llevaron a describir varias bacterias, incluidas Bacillus y Beggiatoa. Cohn también fue el primero en formular un esquema para la clasificación taxonómica de las bacterias y en descubrir las endosporas. Louis Pasteur y Robert Koch fueron contemporáneos de Cohn y, a menudo, se los considera los padres de la microbiología moderna y la microbiología médica, respectivamente. Pasteur es más famoso por su serie de experimentos diseñados para refutar la teoría entonces ampliamente sostenida de la generación espontánea, solidificando así la identidad de la microbiología como ciencia biológica.Uno de sus alumnos, Adrien Certes, es considerado el fundador de la microbiología marina. Pasteur también diseñó métodos para la conservación de alimentos (pasteurización) y vacunas contra varias enfermedades como el ántrax, el cólera aviar y la rabia. Koch es mejor conocido por sus contribuciones a la teoría de los gérmenes de las enfermedades, demostrando que enfermedades específicas eran causadas por microorganismos patógenos específicos. Desarrolló una serie de criterios que se conocen como los postulados de Koch. Koch fue uno de los primeros científicos en centrarse en el aislamiento de bacterias en cultivo puro, lo que dio como resultado su descripción de varias bacterias nuevas, incluida Mycobacterium tuberculosis, el agente causal de la tuberculosis.

Si bien Pasteur y Koch a menudo se consideran los fundadores de la microbiología, su trabajo no reflejó con precisión la verdadera diversidad del mundo microbiano debido a su enfoque exclusivo en los microorganismos que tienen una relevancia médica directa. No fue hasta finales del siglo XIX y el trabajo de Martinus Beijerinck y Sergei Winogradsky que se reveló la verdadera amplitud de la microbiología. Beijerinck hizo dos contribuciones importantes a la microbiología: el descubrimiento de virus y el desarrollo de técnicas de cultivo de enriquecimiento.Si bien su trabajo sobre el virus del mosaico del tabaco estableció los principios básicos de la virología, fue su desarrollo de cultivos de enriquecimiento lo que tuvo el impacto más inmediato en la microbiología al permitir el cultivo de una amplia gama de microbios con fisiologías muy diferentes. Winogradsky fue el primero en desarrollar el concepto de quimiolitotrofia y así revelar el papel esencial que juegan los microorganismos en los procesos geoquímicos. Fue responsable del primer aislamiento y descripción de bacterias nitrificantes y fijadoras de nitrógeno. El microbiólogo franco-canadiense Felix d'Herelle co-descubrió los bacteriófagos en 1917 y fue uno de los primeros microbiólogos aplicados.

Joseph Lister fue el primero en utilizar desinfectante de fenol en las heridas abiertas de los pacientes.

Sucursales

Las ramas de la microbiología pueden clasificarse en ciencias aplicadas, o dividirse según la taxonomía, como es el caso de la bacteriología, la micología, la protozoología, la virología, la ficología y la ecología microbiana. Existe una superposición considerable entre las ramas específicas de la microbiología entre sí y con otras disciplinas, y ciertos aspectos de estas ramas pueden extenderse más allá del alcance tradicional de la microbiología. Una rama pura de investigación de la microbiología se denomina microbiología celular.

Aplicaciones

Si bien algunos temen a los microbios debido a la asociación de algunos microbios con diversas enfermedades humanas, muchos microbios también son responsables de numerosos procesos beneficiosos, como la fermentación industrial (por ejemplo, la producción de alcohol, vinagre y productos lácteos), la producción de antibióticos y actúan como vehículos moleculares para transferir ADN a organismos complejos como plantas y animales. Los científicos también han aprovechado su conocimiento de los microbios para producir enzimas importantes desde el punto de vista biotecnológico, como la polimerasa Taq, genes informadores para su uso en otros sistemas genéticos y nuevas técnicas de biología molecular, como el sistema de dos híbridos de levadura.

Las bacterias se pueden utilizar para la producción industrial de aminoácidos. Corynebacterium glutamicum es una de las especies bacterianas más importantes con una producción anual de más de dos millones de toneladas de aminoácidos, principalmente L-glutamato y L-lisina. Dado que algunas bacterias tienen la capacidad de sintetizar antibióticos, se utilizan con fines medicinales, como Streptomyces para producir antibióticos aminoglucósidos.

Los microorganismos producen una variedad de biopolímeros, como polisacáridos, poliésteres y poliamidas. Los microorganismos se utilizan para la producción biotecnológica de biopolímeros con propiedades personalizadas adecuadas para aplicaciones médicas de alto valor, como la ingeniería de tejidos y la administración de fármacos. Los microorganismos se utilizan, por ejemplo, para la biosíntesis de xantano, alginato, celulosa, cianoficina, poli(ácido gamma-glutámico), leván, ácido hialurónico, ácidos orgánicos, oligosacáridos, polisacáridos y polihidroxialcanoatos.

Los microorganismos son beneficiosos para la biodegradación microbiana o la biorremediación de desechos domésticos, agrícolas e industriales y la contaminación del subsuelo en suelos, sedimentos y ambientes marinos. La capacidad de cada microorganismo para degradar los desechos tóxicos depende de la naturaleza de cada contaminante. Dado que los sitios suelen tener múltiples tipos de contaminantes, el enfoque más efectivo para la biodegradación microbiana es usar una mezcla de especies y cepas bacterianas y fúngicas, cada una específica para la biodegradación de uno o más tipos de contaminantes.

Las comunidades microbianas simbióticas confieren beneficios a la salud de sus huéspedes humanos y animales, incluida la ayuda a la digestión, la producción de vitaminas y aminoácidos beneficiosos y la supresión de microbios patógenos. Se puede conferir algún beneficio al comer alimentos fermentados, probióticos (bacterias potencialmente beneficiosas para el sistema digestivo) o prebióticos (sustancias consumidas para promover el crecimiento de microorganismos probióticos). Las formas en que el microbioma influye en la salud humana y animal, así como los métodos para influir en el microbioma, son áreas activas de investigación.

La investigación ha sugerido que los microorganismos podrían ser útiles en el tratamiento del cáncer. Varias cepas de clostridios no patógenos pueden infiltrarse y replicarse dentro de tumores sólidos. Los vectores clostridiales se pueden administrar de manera segura y su potencial para administrar proteínas terapéuticas se ha demostrado en una variedad de modelos preclínicos.

Algunas bacterias se utilizan para estudiar el mecanismo fundamental. Un ejemplo de bacteria modelo utilizada para estudiar la motilidad o la producción de polisacáridos y el desarrollo es Myxococcus xanthus.