Introduccin histrica a la Microbiologa

Introduccin histrica a la MicrobiologaConcepto de Microbiologa. Historia : Desde la antigedad hasta nuestros dasDefinicin de MicrobiologaCiencia que estudia los seres vivos celulares o acelulares que no se pueden ver a simple vista La definicin implica que su objeto de estudio est determinado por la metodologa: Microscopio Tcnicas de cultivo puro en laboratorio Distribucin de los microorganismosSuelo Agua Aire Alimentos PlantasAnimales Petrleo Crteres

UBICUOS

Importancia de los microorganismos

IndustrialBiotecnolgicaMicologaAlimentosProduccin de biolgicosFarmacuticaAgrcolaMdica VeterinariaEcologaEtc.

Relacin de la microbiologa con otras actividades del hombreMatemticas Religin Historia Bioqumica Qumica Microbiologa Fisicoqumica Fsica Inmunologa De acuerdo a Collard (1976)Periodo especulativo, desde la antigedad hasta los primeros microscopistas.Periodo de lenta acumulacin de observaciones (desde l675 aproximadamente hasta la mitad del siglo XIX), que arranca con el descubrimiento de los microorganismos por Leeuwenhoek (l675).Periodo de cultivo de microorganismos, que llega hasta finales del siglo XIX, donde las figuras de Pasteur y Koch encabezan el logro de cristalizar a la Microbiologa como ciencia experimental bien asentada.Cuarto periodo (desde principios del siglo XX hasta nuestros das), en el que los microorganismos se estudian en toda su complejidad fisiolgica, bioqumica, gentica, ecolgica, etc., y que supone un extraordinario crecimiento de la Microbiologa, el surgimiento de disciplinas microbiolgicas especializadas (Virologa, Inmunologa, etc)Eras en la historia de la MicrobiologaEra emprico especulativa: desde la antigedad (5000 a C) hasta los primeros microscopios (1675) Era de la observacin: Primeros microscopistas (1675 -mediados del siglo XIX) Era del cultivo de los microorganismos (finales del siglo XIX hasta principios del siglo XX) Era de la fisiolgica y molecular: Hasta nuestros das; diversos enfoques en el estudio microbiano. Ciencias emancipadas (Virologa, Inmunologa)Las artes de la fermentacin y conservacin de alimentos experimentaron un gran desarrolloEmpirismo

Fsiles de bacteriasLos microorganismos fueron probablemente las primeras cosas vivas sobre la tierra.Los estudios de los fsiles nos permiten inferir que las enfermedades infecciosas existieron hace miles de aos

Evidencias histricasEgiptoMesopotamiaIndiaChina. Donde se conocen sus obras de ingeniera en el drenaje de terrenos fangosos, irrigacin, control de inundaciones y la construccin de grandes edificios y estructuras. Pero los primeros que sometieron estos conocimientos al anlisis racional y trataron de establecer las relaciones causales que los enlazaban, y los que crearon ciencia, fueron los Griegos, en concreto los filsofos de Jonia.

Filsofos naturalistasTales de Mileto (639-547 aC.), la filosofa de los elementos bsicos: aire, tierra y agua, que circulan cclicamente a travs de los cuerpos de plantas y animales, repitindose indefinidamente.Anaxmenes (585- 524 aC.), los primeros animales nacieron de lo hmedo, envueltos en una cscara espinosa, con el progreso del tiempo, subieron a lo seco y rompindose la cscara, cambiaron de forma de vida.Empdocles (490-430 aC.), la primera materia o elemento del mundo fue el aire, el cual se convierte en fuego al enrarecer, y al condensarse se hace primero agua y despus tierra.Filsofos naturalistasPitgoras de Samos (582-507 aC.) fue el hombre que ms practic la investigacin y la observacin."Pitgoras y sus discpulos renunciaron a la idea de un nico elemento. Sostuvieron que la materia se compona de tierra, agua, aire y fuego. Suponan que estos elementos procedan de la combinacin binaria de cuatro cualidades subyacentes: calor y fro, humedad y sequedad; as, el agua por ejemplo, era hmeda y fra, mientras que el fuego era caliente y seco.Aristteles (384-322 aC.), padre de la biologa, De generatione animalum. Las larvas no provienen de la cpula previa, si no de la descomposicin de la materia.Era especulativa

Era especulativaLa humanidad conoce las actividades microbianas sin saber nada de los microorganismos: Enfermedades infecciosas miasmas Lucrecio (siglo I a. C.): semillas de enfermedadCicern (46 a.C.): asoci las fiebres con el agua contaminadaFracastorius (1546 d.C.): grmenes vivos Alimentos y bebidas fermentados (quesos, leches fermentadas, vino, cerveza, etc.)

Era especulativaLucrecio: semillas de enfermedad

16Las fiebres son provocadas por la multiplicacin de pequeos animalesDE REPVBLICAImpuesto cloacarum(Marcus Tullius Cicero) (- 106 a - 43)

Era especulativaGirolamo Fracastorius: padre de la EpidemiologaGirolamo Fracastro (Hieronimus Fracastorius)(1478 - 1553) Pensador del RenacimientoSyphilis sive de morbo gallico (1530) De contagione et contagiosis morbis (1546) Las enfermedades se transmiten por contacto directo, aire o fomites: contagium vivum

La peste

Era de la observacin: Primeros microscopistasRobert Hooke: fsico, matemtico y bilogo inglsDise el primer Microscopio compuesto Describi algunos hongos filamentosos (1667)Acu el trmino de Clula.

Renacimiento Toms de Aquino (S XIII). Suma contra gentiles, objecin 5, a propsito de la creacin del mundo, dice; ciertos animales son generados por la putrefaccin, que es un tipo de corrupcin.Robert Hooke

Era de la observacinAntony van Leeuwenhoek: Microscopio simpleDescubrimiento de los microorganismos (animculos en gotas de estanque, sarro de los dientes, caldos 1675)Describe bacterias (1683) Describe espermatozoidesDescribe protozoarios

Microscopio simple de LeeuwenhoekEra de la observacin

Antony van Leeuwenhoek

Fue la primera persona en observar a los epermatozoides:HomunculusCualidad de dador de vida

Los hallazgos quedaron en ms de 200 cartas escritas a la Sociedad Real de Londres de 1673 a 1723

Francesco Redi (1668) publica su trabajo sobre la generacin espontnea y concluye que la generacin de las larvas en la carne se producen por los huevos de moscas.Omnia ex ovo

Generacin espontneaLa disputa entre Joseph Needham (1748) y Lzaro Spallanzani (1765) Los experimentos se interpretan errneamente (Needham) como que al calentar los frascos el aire pierde su fuerza vital (vitalismo) Caldo hervido Enfriar Frasco selladoIncubar Contaminado Caldo hervido Frasco abiertoNo Contaminado Contaminado Frasco abiertoIncubar

1837 Theodore Schwann. Demostr que las bacterias llegaban a los materiales a travs del aire.

Aire froAire calienteCaldo estrilCaldo estrilIncubar Incubar Matraz contaminadoMatraz no contaminado

Filtro de algodn1854 Schreder y von Dusch. Introdujeron el uso del algodn como filtro para evitar la contaminacin del material de vidrio empleado en el laboratorio de microbiologa (Schwann)

1798 Edward Jenner Primer Nio (hurfano) vacunado contra la viruela

Detalle de The Cowpock donde se muestra los peores miedos del pueblo ingls a la vacuna de Jenner.

Esterilizacin Siglo XVIII. Se us la ebullicin y el flameado.1801 Nicholas Appert. El arte de conservacin de substancias animales y vegetales por varios aos1861 Los hongos filamentosos mueren a 121 C en calor hmedo pero sobreviven a 120 C en calor seco1881 Robert Koch:Calor seco a 160 C por 1 horaCalor hmedo a 120 C por 30 minutosEsterilizacin 1884 Weisnegg. Fabric la primera autoclave de laboratorio1887 John Tyndall:Bacterias lbiles al calorBacterias resistentes al calor1887 Cohen. Describe la endospora bacteriana1898 Ingeniera alemana. Produccin de autoclaves para uso hospitalario

Esterilizacin 1933-1958 Knox y Penikett. Introducen el prevaco en esterilizadores de alta presinDos desarrollos recientes:Material de plstico, esterilizacin con radiaciones generadas por bombas de Co60Esterilizacin con gas (xido de etileno)El debate sobre los fermentosLas dos teoras sobre el origen de las fermentaciones: qumica y biolgica Louis Pasteur (1857) es llamado a resolver un problema de las destileras de Lille 1857: las bacterias que producen fermentacin lctica 1860: las levaduras producen fermentacin alcohlicaDescubre la fermentacin butrica y la vida en ausencia de aire (anaerobiosis) Reconciliacin de las dos teoras: Buchner asla un preparado libre de clulas (zimasa) de levaduras.Pasteur pone fin a la polmica sobre la generacin espontneaExperimentos con frascos abiertos al aire dotados de largos cuellos curvados (cuellos de cisne). Una vez llevados a ebullicin, no aparecen microorganismos si el frasco no se mueveAparecen microorganismos si el lquido alcanza el cuello curvo Trampas para capturar microorganismos1864 Se pone fin a la controversia de la generacin espontnea

Papel de los microorganismos en las enfermedades infecciosasLouis Pasteur es llamado a Provenza para resolver la enfermedad del gusano de seda (pebrina) En 1869 identifica al protozoario Nosema bombycis como el responsable Davaine (1863-1868): la sangre de ganado afectado por carbunco contiene grandes cantidades de microorganismos

Era del cultivo1867 Joseph Lister. Principios antispticos en ciruga1872 Ferdinand Cohn. Disea medios de cultivo con sales + extracto de levadura + diferentes azcares1878 Abb von Zeiss. Disea la lente de inmersin en aceiteJoseph Lister introduce la antisepsia

Avances tcnicos: el cultivo puroLas dos teoras sobre forma de microorganismos: pleomorfismo y monomorfismo 1881 Su resolucin dependi de los cultivos puros (laboratorio de Robert Koch) Medios slidos a base de rodajas de papa Medios slidos a base de gelatina Medios slidos a base de agar-agar 1887 Julius Richard Petri (en el laboratorio de Koch) disea la placa que lleva su nombre 1889 Medios de enriquecimiento y medios diferenciales (Beijerink, Winogradsky) Avances tcnicos: microscopios y tcnicas de tincinRobert Koch colabora con la industria alemana del vidrio (Schott) y pide ayuda a expertos en ptica (Abb, Zeiss)Lentes acromticas mejoradas Iluminacin inferior con condensador Objetivo de inmersin (1878) Iluminacin del microscopio, fruto de la colaboracin entre Koch y Abb

Objetivo de inmersin, fruto de la colaboracin entre Koch y la Industria ptica Carl Zeiss

Koch colabora con la industria qumica BASF:Tinciones para observar bacterias (azul de metileno, fucsina, violeta de genciana, etc), 1877 y siguientesZiehl y Neelsen: tincin diferencial AAR (1883) Hans Christian Joachim Gram: tincin diferencial Gram (1884)

Papel de los microorganismos en las enfermedades infecciosasRobert Koch (1876): con su tcnica de cultivo puro aisla y propaga experimentalmente por primera vez una bacteria patgena (la responsable del carbunco o ntrax) Primeras microfotografas de Bacillus anthracis teido con azul de metileno Confirma que esta bacteria presenta una fase resistente (endosporas) La enfermedad se puede reproducir experimentalmente al reinocular bacilos a animales de laboratorio Postulados de Koch (1882)El agente etiolgico (patgeno) debe estar presente en los individuos enfermos El microorganismo debe aislarse del husped enfermo en cultivo puro (axnico)El microorganismo crecido en cultivo puro, al inocularse en animales sanos, induce en ellos la enfermedad De estos animales experimentales inoculados y ya enfermos, se vuelve a aislar al microorganismo Figure: 01-12b

Caption:

Kochs postulates for proving that a specific microorganism causes a specific disease. Note how it is essential that following isolation of a pure culture of the suspected pathogen, a laboratory culture of the organism should both initiate the disease and be recovered from the diseased animal. Establishing the correct conditions for growing the pathogen is essential, otherwise it will be missed.

Postulados de Koch Koch y colaboradores aislaron numerosos agentes patgenos

Diferenciacin (1878) StaphylococcusInmunizacin (1881) AnthraxTuberculosis (1882)Clera (1883)Difteria (1884) Ttanos (1885) Neumona (1886) Meningitis (1887) Peste (1894) Sfilis (1905)

Robert Koch. Premio Nobel 1905

Auge de la microbiologa general:litotrofa y autotrofaSergei Winogradsky 1888: Bacterias del hierro crecen en medios minerales 1889: Bacterias del azufre oxidan sulfuros o S y obtienen energa de ello quimiolitotrofa 1890: Bacterias nitrificantes fijan CO2 con la energa de la oxidacin del amonio o nitrato quimiolito-autotrofa

En 1890 Loeffler logra visualizar flagelos bacterianos por medio de su tcnica de impregnacin argntica.

Asepsia, quimioterapiaLa introduccin de anestesia (mediados siglo XIX) trae como consecuencia infecciones quirrgicas Lister introduce el uso del fenol y de sales de mercurio (asepsia en quirfano) Paul Ehrlich: idea de las balas mgicasColabora con la industria qumica y descubre el salvarsn (606), contra la sfilis Quimioterapia Domagk (1935): rojo de prontosilo contra neumococospoca de las sulfamidas

Auge de la microbiologa general: bacterias fijadoras de nitrgenoSergei Winogradsky: Primer aislamiento de una bacteria fijadora de nitrgeno (Clostridium pasteurianum)Explica el ciclo del N en la biosfera Beijerink: descubre Azotobacter (1901) Demuestra que incorpora el N de atmsfera (1909) Hellriegel & Willfahrt y Beijerink 1888. Determinaron el papel de Rhizobium en la simbiosis fijadora de las leguminosasIncorporacin de la Microbiologa Agrcola a las universidades y estaciones experimentales Era fisiolgica y molecularPaul Ehrlich: Padre de la quimioterapia

Quimioterapia Fleming (1929): Obtencin del extracto crudo de penicilina (del hongo Penicillium notatum) Chain y Florey (1940): Purificacin de la penicilina. Uso en 2 Guerra Mundial Waksman (1944) Descubrimiento de la estreptomicina de Streptomyces griseusTras la Guerra, se descubren numerosos antibiticos, producidos sobre todo por ActinomicetosExperimento de Griffith

1944 Oswald Avery, Colin Mc Cleod y Maclyn Mc Carty. Explicaron el trabajo de F. Griffith. El DNA es el material gentico

Oswald Avery1953 James Watson y Francis Crick. Estructura del DNA

1959 Arthur Pardee, Fraois Jacob y Jakes Monod. Regulacin gentica por protenas represoras

1959 Rodney Porter. Estructura de la inmunoglobulinas

1959 F. Macfarlane Burnet. Teora de la seleccin clonal

1960 Franois Jacob y Jacques Monod. Propone el modelo del opern

1975 Georges Khler y Csar MilsteinProponen la teora de los anticuerpos monoclonales

1976 Susumu Tonegawa Determin la diversidad gentica de los anticuerpos

1977 Fred Sanger, Steven Niklen y Alan Coulson. Mtodos de secuenciacin del DNA

1983 Jean Luc Montagnier. Identificacin del VHI

1983 Kary Mullis. PCR

1990 Carl Woese. Tres dominios

1995 Craig Venter. Primera secuenciacin del genoma (Haemophilus influenzae)

Objeto material de la MicrobiologaAbarca todos los organismos no visibles a simple vista Enorme heterogeneidad de los microorganismos Entidades subcelulares (ej: virus Virologa)Procariotes ( Bacteriologa)Protozoarios ( Protozoologa) Parte de los hongos ( Micologa) Parte de las algas ( Ficologa)Definicin de microorganismosSeres vivos de tamao microscpico... Organizacin biolgica sencilla Acelular (virus) Celular pero sin diferenciacin de tejidos Unicelulares Cenocticos Coloniales PluricelularesObjeto formal de la MicrobiologaBsico: Estructura y funcin Fisiologa Gentica Taxonoma Ecologa, etc Aplicado (relacin con intereses humanos) Todo lo relacionado con microorganismos patgenos Efectos benficos: biotecnologa microbianaTcnicas de estudio, manejo y control de los microorganismos Sistemas de clasificacin LA TAXONOMA:Del griego taxis, estructura u orden y nomos, nombre, o nemein, distribuir, gobernar). Se define como la ciencia de la clasificacin biolgica.Se divide en tres partes: La clasificacin, La nomenclatura La identificacin. (La caracterizacin)El trmino sistemtica a menudo se hace sinnimo de taxonoma, pero se define de manera ms general como el estudio cientfico de los organismos cuyo fin es caracterizarlos y agruparlos en forma ordenada.

Los microorganismos dentro de la clasificacin de los seres vivos

A finales del siglo XVIII, los microorganismos se distribuyeron entre los dos reinos conocidos: al reino Plantae: algas y hongos al reino Animalia: grupo Infusoria (Lamarck) Pero esta clasificacin presentaba muchas paradojas Haeckel: rbol filogentico darwiniano (1866). Propone un tercer reino: Protista: todos los seres vivos sencillos: protozoos, algas, hongos y moneras (=bacterias)Clasificacin de los MicroorganismosSISTEMA DE DOS REINOSCarolus von Linneaus(Meidados S XVIII)Animal: Mviles, Hetertrofos e Ingestivos.Vegetal: No Mviles, Fotosintticos, su nutricin es por Absorcin y por Fotosntesis.NOTA: Los organismos unicelulares no tenan una ubicacin en ste sistema ya que ellos pueden ser fototrficos, no fotrficos, mviles, inmviles y la composicin estructural.

Sistema de Tres Reinos: Ernest Haeckel, 1866. AnimalVegetalProtista: esto sera exclusivo para los organismos inferiores, incluyendo aquellos que forman colonias. Adems de carecer de grado de diferenciacin de tejidos, caractersticas de animales y plantas superiores.El reino protista inclua:BacteriasProtozoariosHongosAlgas

Protista Inferior: Incluye a los organismos Procariotes (Chaton 1937) menos desarrollados como bacterias y algas azul-verdes.Protista Superior: Incluye a los organismos Eucariticos ms desarrollados como los protozoarios, hongos y la mayora de las algasStanier. 1957

Sistema de Cuatro Reinos: CopelandMonera: Organismos Procariticos, unicelulares u organizacin colonial; bacterias y algas azul-verdesProtista. Organismos Eucariticos inferiores con organizacin unicelular o unicelular-colonial o multcelulares sin diferenciacin de tejidos. Sin caractersticas de plantas ni animales; protozoarios, algas superiores caf-rojas y hongosPlantae: Organismos Eucariticos multicelulares con pared celular rgida y plstidos verdes (pigmento de clorofila A, B, carotina y no otros). Plantas terrestres y acuticas.Animalia: Organismos Eucariticos sin pared celular y sin plstidos, con cavidad digestiva interna, tienen tejidos con diferenciacin celular, que pasan durante su desarrollo a travs de los estadios de blstula y gstrula. Incluye organismos tpicamente predatorios y tienen una alta complejidad estructural y funcionalSistema de Cinco Reinos: Whittaker. 1969Monera: incluye clulas procariticas unicelulares a veces coloniales, son organismos principalmente absortivos, aunque algunos son fotosintticos; bacterias y algas azul-verdesProtista: consiste fundamentalmente en formas unicelulares o coloniales, pero estas son eucariticas y sus modos de nutricin son diversos; fotosintticos, absortivos, ingestivos y combinaciones diversas de ellos. Protozoarios y la mayora de las algasFungi: comprende organismos multinucleados, eucariticos que poseen paredes rgidas a veces divididas por paredes cruzadas constituyendo una estructura multicelular. Su nutricin es absortiva; hongos filamentosos (mohos), levaduras, setas, hongos musilaginosos y basidiomicetos.Plantae: organismos multicelulares, eucariticos, fotosintticos con pared celular rgida. Incluye la mayor parte de las algas, briofitas y plantas vasculares.Animalia: organismos multicelulares eucariticos, carecen de pared celular, su modo de nutricin es ingestiva y algunas formas absortivas. Incluye desde mesozoarios hasta cordadosSistema de Cinco Reinos

Criterios de Clasificacin de WhittakerA. Tipo de Nutricin: Fotosntesis, Absorcin e IngestinB. Distincin entre formas Eucariticas y ProcariticasC. Tipo de Organizacin Celular: Unicelular, Unicelular Colonial, Multinuclear y MulticelularLynn MargulisSegn su teora, varios organismos procariotes independientes se unieron entre si, primero de manera casual y despus de manera estable. Esto dio origen a los organelos caractersticos de las clulas eucariticas: las mitocondrias y los cloroplastos. Este conjunto hizo surgir la primera clula eucaritica

De acuerdo con Margulis, tres tipos de organelos eucariotes existieron anteriormente comoorganismos procarioticos independientes.

A) Las Mitocondrias,B) Los PlstidosC) Los Flagelos (Undulipodia)

El Origen de las Mitocondrias

Quiz la asociacin entre el organismo aerbico y el anaerbico fue semejante a la establecida entre un depredador bacteriano y su presa tambin bacteriana, tal como sucede entre Bdellovibrio y sus bacterias huspedes (Gram-negativas).

CloroplastosSi los plstidos se originaron por simbiosis y no del interior de las algas primitivas, se podra esperar qu, como en el caso de las mitocondrias, los plstidos conservaran rasgos de sus antepasados. Algunas pruebas nos indican que as es. As, se pueden manejar los siguientes argumentos.

Bacterias en proceso de reproduccinBacterias simbiticasLa teora simbitica del origen de los plstidos propone que la fotosntesis fue adquirida muchas veces, y en forma ya desarrollada y refinada por varios tipos de clulas heterotrficas eucariticas, es decir, los protozoos. Estos protozoos se transformaron en algas mviles o no mviles dependiendo si el protozoos lo era o no. Estos organismos primitivos tenan la doble ventaja de generar su ATP mediante las reacciones luminosas de la fotosntesis y mediante la respiracin lo qu asegur su supervivencia y proliferacin hasta llegar a formar el actual fitoplancton.

Tres Dominios Basndose en la secuencia de nucletidos de los cronmetros moleculares mRNA 16S y 18S principalmente, CARL WOESE desarroll un trabajo taxonmico revolucionario y extraordinariamente importante que considera, segn sus propias palabras una nueva forma de vida. En el sistema de Woese quedan considerados representantes de todas las formas de vida, de modo que l propone un sistema de TRES DOMINIOS.

Los microorganismos dentro de la clasificacin de los seres vivos

Mitad del s. XX: la organizacin celular de las bacterias y algas verdeazules es muy diferente al del resto de seres vivos 8 edicin del Manual Bergeys (1974) Reino Prokaryotae, dividido en Cyanobacteria (antiguas cianofceas)Bacteria Reino EukaryotaeEn los aos 70 se descubre que los procariotes constan de dos grupos muy distintos (C. Woese y G. E. Fox): Eubacterias (hoy Bacteria) Arqueobacterias (hoy Archaea) Organismos microscpicos y macroscpicosHay microorganismos procariticos y eucariticos, pero no hay macroorganismos procariticos

Los tres grandes Dominios de la vida

Diferencia entre Procariotes y EucariotesPROCARIOTES Genforo un slo cromosoma ADN c.d., C.C.C no membrana nuclear (no hay ncleo autntico) no histonas Replicacin: no mitosisOrganizacin del citoplasmano orgnulos de tipo eucaritico no citoesqueleto ribosomas de tipo 70SEUCARIOTESNucleoplasma varios cromosomas ADN cadena doble lineal (terminado en telmeros) existe membrana nuclear (hay ncleo autntico) histonas Replicacin: mitosis Organizacin del citoplasmaorgnulos (mitocondrias, cloroplastos, retculo endoplsmico, aparato de Golgi, lisosomas... existe citoesqueleto, corrientes citoplmcias ribosomas de tipo 80S

Clula Procaritica y Eucaritica

Procariote Eucariote