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Microbiología

Una placa de agar sembrada con microorganismos. La microbiología ( del griego antiguo μῑκρος ( mīkros ) ' pequeño ' , βίος ( bíos ) ' vida ' y -λογία ( -logía ) ' estudio de ' )...

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Una placa de agar sembrada con microorganismos.

La microbiología ( del griego antiguo μῑκρος ( mīkros ) ' pequeño ' , βίος ( bíos ) ' vida ' y -λογία ( -logía ) ' estudio de ' ) es el estudio científico de los microorganismos , ya sean unicelulares (de una sola célula), multicelulares (compuestos por células complejas) o acelulares (sin células). [ 1 ] [ 2 ] La microbiología abarca numerosas subdisciplinas, entre ellas la virología , la bacteriología , la protistología , la micología , la inmunología y la parasitología .   

Los organismos que constituyen el mundo microbiano se caracterizan como procariotas o eucariotas. Los microorganismos eucariotas poseen orgánulos unidos a la membrana e incluyen hongos y protistas , mientras que los organismos procariotas se clasifican convencionalmente como carentes de orgánulos unidos a la membrana e incluyen bacterias y arqueas . [ 3 ] [ 4 ] Tradicionalmente, los microbiólogos dependían del cultivo, la tinción y la microscopía para el aislamiento e identificación de microorganismos. Sin embargo, menos del 1% de los microorganismos presentes en entornos comunes pueden cultivarse de forma aislada utilizando los medios actuales. [ 5 ] Con el surgimiento de la biotecnología , los microbiólogos actualmente dependen de herramientas de biología molecular como la identificación basada en secuencias de ADN , por ejemplo, la secuencia del gen ARNr 16S utilizada para la identificación bacteriana.

Los virus han sido clasificados de diversas maneras como organismos [ 6 ] porque se los ha considerado microorganismos muy simples o moléculas muy complejas. Los priones , que nunca se consideraron microorganismos, han sido investigados por virólogos; sin embargo, dado que los efectos clínicos atribuidos a ellos se presumían originalmente como consecuencia de infecciones virales crónicas, los virólogos iniciaron una investigación, descubriendo así las "proteínas infecciosas".

La existencia de microorganismos fue predicha muchos siglos antes de que fueran observados por primera vez, por ejemplo, por los jainistas en la India y por Marco Terencio Varrón en la antigua Roma. La primera observación microscópica registrada fue la de los cuerpos fructíferos de mohos, realizada por Robert Hooke en 1666, pero el sacerdote jesuita Athanasius Kircher probablemente fue el primero en ver microbios, que mencionó haber observado en leche y materia pútrida en 1658. Antonie van Leeuwenhoek y Louis Pasteur son considerados padres de la microbiología, ya que observaron y experimentaron con organismos microscópicos en la década de 1670, utilizando microscopios simples de su diseño. La microbiología científica se desarrolló en el siglo XIX a través del trabajo de Louis Pasteur y, en la microbiología médica, de Robert Koch .

Historia

Avicena postuló la existencia de microorganismos.

La existencia de microorganismos fue hipotetizada durante muchos siglos antes de su descubrimiento real. La existencia de vida microbiológica invisible fue postulada por el jainismo , basado en las enseñanzas de Mahavira , ya en el siglo VI a. C. (599 a. C. - 527 a. C.). [ 7 ] : 24 Paul Dundas señala que Mahavira afirmó la existencia de criaturas microbiológicas invisibles que viven en la tierra, el agua, el aire y el fuego. [ 7 ] : 88 Las escrituras jainistas describen a los nigodas , criaturas submicroscópicas que viven en grandes grupos y tienen una vida muy corta, y se dice que impregnan cada parte del universo, incluso en los tejidos de las plantas y la carne de los animales. [ 8 ] El romano Marco Terencio Varrón hizo referencia a los microbios cuando advirtió sobre ubicar una vivienda cerca de pantanos "porque allí se crían ciertas criaturas minúsculas que no se pueden ver a simple vista, que flotan en el aire y entran al cuerpo por la boca y la nariz, causando así enfermedades graves". [ 9 ]

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), quien descubrió los ácaros de la sarna , y Al-Razi, quien dio la descripción más antigua conocida de la viruela en su libro La Vida Virtuosa (al-Hawi). [ 10 ] El taoísta del siglo X , Baoshengjing, describe "innumerables gusanos microorgánicos" que se asemejan a semillas vegetales , lo que llevó al sinólogo holandés Kristofer Schipper a afirmar que "la existencia de bacterias dañinas era conocida por los chinos de la época". [ 11 ]

En 1546, Girolamo Fracastoro propuso que las enfermedades epidémicas eran causadas por entidades transferibles similares a semillas que podían transmitir la infección por contacto directo o indirecto, o por transmisión vehicular. [ 12 ]

Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723)
Estatua de Robert Koch , uno de los fundadores de la microbiología, [ 13 ] en Berlín
A Martinus Beijerinck se le suele considerar uno de los fundadores de la virología .

En 1676, Antonie van Leeuwenhoek , quien vivió la mayor parte de su vida en Delft , Países Bajos, observó bacterias y otros microorganismos utilizando un microscopio de una sola lente de su propio diseño . [ 14 ] [ 2 ] Se le considera un padre de la microbiología, ya que utilizó microscopios sencillos de una sola lente de su propio diseño. [ 14 ] Si bien a menudo se cita a Van Leeuwenhoek como el primero en observar microbios, Robert Hooke realizó su primera observación microscópica registrada, de los cuerpos fructíferos de los mohos , en 1665. [ 15 ] Sin embargo, se ha sugerido que un sacerdote jesuita llamado Athanasius Kircher fue el primero en observar microorganismos. [ 16 ]

Kircher fue uno de los primeros en diseñar linternas mágicas para proyección, por lo que conocía bien las propiedades de las lentes. [ 16 ] En 1646 escribió «Sobre la maravillosa estructura de las cosas en la naturaleza, investigada con microscopio», afirmando «¿quién creería que el vinagre y la leche abundan en una multitud innumerable de gusanos?». También observó que la materia pútrida está llena de innumerables animalículos rastreros. En 1658 publicó su Scrutinium Pestis (Examen de la peste), afirmando correctamente que la enfermedad era causada por microbios, aunque lo que vio probablemente eran glóbulos rojos o blancos, en lugar del agente de la peste en sí. [ 16 ]

El nacimiento de la bacteriología

El innovador material de vidrio de laboratorio y los métodos experimentales desarrollados por Louis Pasteur y otros biólogos contribuyeron al incipiente campo de la bacteriología a finales del siglo XIX.

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, incluyendo Bacillus y Beggiatoa . Cohn también fue el primero en formular un esquema para la clasificación taxonómica de las bacterias y en descubrir las endosporas . [ 17 ] Louis Pasteur y Robert Koch fueron contemporáneos de Cohn y a menudo se les considera los padres de la microbiología moderna [ 16 ] y la microbiología médica , respectivamente. [ 18 ] Pasteur es más famoso por su serie de experimentos diseñados para refutar la teoría entonces ampliamente aceptada de la generación espontánea , consolidando así la identidad de la microbiología como una ciencia biológica. [ 19 ] Uno de sus estudiantes, Adrien Certes, es considerado el fundador de la microbiología marina. [ 20 ] Pasteur también diseñó métodos para la conservación de alimentos ( pasteurización ) y vacunas contra varias enfermedades como el ántrax , el cólera aviar y la rabia . [ 2 ] Koch es más conocido por sus contribuciones a la teoría microbiana 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 la descripción de varias bacterias nuevas, incluyendo Mycobacterium tuberculosis , el agente causal de la tuberculosis . [ 2 ]

Aunque Pasteur y Koch suelen ser considerados los fundadores de la microbiología, su trabajo no reflejó con precisión la verdadera diversidad del mundo microbiano debido a su enfoque exclusivo en microorganismos con 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. [ 2 ] Beijerinck hizo dos contribuciones importantes a la microbiología: el descubrimiento de los virus y el desarrollo de técnicas de cultivo de enriquecimiento . [ 21 ] Si bien su trabajo sobre el virus del mosaico del tabaco estableció los principios básicos de la virología, fue su desarrollo del cultivo de enriquecimiento el 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 quimiolitotrofía y, por lo tanto, en revelar el papel esencial que desempeñan los microorganismos en los procesos geoquímicos. [ 22 ] Fue responsable del primer aislamiento y descripción de bacterias nitrificantes y fijadoras de nitrógeno . [ 2 ] El microbiólogo franco-canadiense Felix d'Herelle codescubrió los bacteriófagos en 1917 y fue uno de los primeros microbiólogos aplicados. [ 23 ]

Joseph Lister fue el primero en utilizar desinfectante fenol en las heridas abiertas de los pacientes. [ 24 ]

Sucursales

Un laboratorio universitario de microbiología alimentaria

Las ramas de la microbiología se pueden clasificar en ciencias aplicadas o dividirse según la taxonomía, como es el caso de la bacteriología , la parasitología , la micología , la inmunología , la protozoología , la virología , la ficología , la genética microbiana y la ecología microbiana . Existe una considerable superposición 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. [ 25 ] [ 26 ] Una rama de investigación pura de la microbiología se denomina microbiología celular .

Aplicaciones

Si bien algunas personas temen a los microbios debido a la asociación de algunos 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 ) y la producción de antibióticos . Los científicos también han aprovechado su conocimiento de los microbios para producir enzimas de importancia biotecnológica , como la polimerasa Taq , [ 27 ] genes reporteros para su uso en otros sistemas genéticos y nuevas técnicas de biología molecular, como el sistema de doble híbrido de levadura . [ 28 ]

Las bacterias pueden utilizarse para la producción industrial de aminoácidos , ácidos orgánicos , vitaminas , proteínas , antibióticos y otros metabolitos de uso comercial producidos por microorganismos. 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. [ 29 ] Dado que algunas bacterias tienen la capacidad de sintetizar antibióticos, se utilizan con fines medicinales, como Streptomyces para la producción de antibióticos aminoglucósidos . [ 30 ]

Tanques de fermentación con levadura que se utilizan para elaborar cerveza.

Diversos biopolímeros , como polisacáridos , poliésteres y poliamidas , son producidos por microorganismos. Estos se utilizan para la producción biotecnológica de biopolímeros con propiedades específicas, adecuadas para aplicaciones médicas de alto valor, como la ingeniería de tejidos y la administración de fármacos. Por ejemplo, los microorganismos se emplean para la biosíntesis de xantano , alginato , celulosa , cianoficina , poli(ácido gamma-glutámico), levano , ácido hialurónico , ácidos orgánicos, oligosacáridos , polisacáridos y polihidroxialcanoatos. [ 31 ]

Los microorganismos son beneficiosos para la biodegradación microbiana o biorremediación de residuos domésticos, agrícolas e industriales, así como de la contaminación subterránea en suelos, sedimentos y ambientes marinos. La capacidad de cada microorganismo para degradar residuos tóxicos depende de la naturaleza de cada contaminante . Dado que los sitios suelen tener múltiples tipos de contaminantes, el enfoque más eficaz para la biodegradación microbiana consiste en utilizar una mezcla de especies y cepas bacterianas y fúngicas, cada una específica para la biodegradación de uno o más tipos de contaminantes. [ 32 ]

Las comunidades microbianas simbióticas confieren beneficios a la salud de sus huéspedes humanos y animales, incluyendo la ayuda a la digestión, la producción de vitaminas y aminoácidos beneficiosos y la supresión de microbios patógenos. Algunos beneficios pueden obtenerse al consumir alimentos fermentados, probióticos (bacterias potencialmente beneficiosas para el sistema digestivo) o prebióticos (sustancias consumidas para promover el crecimiento de microorganismos probióticos). [ 33 ] [ 34 ] 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. [ 35 ]

Las investigaciones sugieren que los microorganismos podrían ser útiles en el tratamiento del cáncer . Diversas cepas de clostridios no patógenos pueden infiltrarse y replicarse en tumores sólidos . Los vectores de clostridios pueden administrarse de forma segura y su potencial para administrar proteínas terapéuticas se ha demostrado en diversos modelos preclínicos. [ 36 ]

Algunas bacterias se utilizan para estudiar mecanismos fundamentales. Un ejemplo de bacteria modelo utilizada para estudiar la motilidad [ 37 ] o la producción de polisacáridos y el desarrollo es Myxococcus xanthus . [ 38 ]

Véase también

Organizaciones profesionales
Revistas

Referencias

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Lecturas adicionales

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  • Madigan MT, Martinko JM, Bender KS, Buckley DH, Stahl DA (5 de junio de 2015). Biología de los microorganismos de Brock, edición global . Pearson Education Limited. ISBN 978-1-292-06831-2.
  • Bruslind, Linda (2019). Microbiología general . Universidad Estatal de Oregón.
  • Logotipo de Wikimedia CommonsContenido multimedia relacionado con la microbiología en Wikimedia Commons
  • Citas relacionadas con la microbiología en Wikiquote
  • nature.com Últimas investigaciones, reseñas y noticias sobre microbiología
  • Microbes.info es un portal de información sobre microbiología que contiene una amplia colección de recursos, incluyendo artículos, noticias, preguntas frecuentes y enlaces relacionados con el campo de la microbiología.
  • Microbiología en el programa " En nuestro tiempo " de la BBC.
  • Inmunología, Bacteriología, Virología, Parasitología, Micología y Enfermedades Infecciosas
  • Revista Anual de Microbiología Archivada el 20 de enero de 2009 en Wayback Machine