Tema 1: Primera parte: RAÍCES HISTÓRICAS DE LA MICROBIOLOGÍA

Aunque durante mucho tiempo se sospechó la existencia de seres microscópicos, su descubrimiento estuvo relacionado con la invención del microscopio. En 1664, Robert Hooke describió los cuerpos fructíferos de mohos, pero fue Leeuwenhoek, en el s.XVII quien, gracias al uso de microscopios que el mismo construía, observó microorganismos tan pequeños como los procariotas.

Pero la microbiología no se desarrolló como ciencia hasta mediados del s.XIX, cuando las mejoras microscópicas permitieron una observación más detallada de las bacterias y cuando se idearon técnicas básicas de laboratorio que permitieron profundizar en el estudio de los microorganismos, ya que para ello es necesario que podamos aislarlos, propagarlos en cautividad y cultivarlos en condiciones asépticas. El desarrollo de estas técnicas se vio favorecido por la investigación llevada a cabo durante el siglo XIX en torno a la teoría de la generación espontánea y en torno a la naturaleza de las enfermedades infecciosas. Desde entonces la microbiología se ha extendiendo hasta originar nuevos campos íntimamente relacionados entre sí.

AUTORES CLAVE EN EL DESARROLLO DE LA MICROBIOLOGÍA Ferdinand Cohn - hacía 1850, este botánico se interesó en la

microscopia para el estudio del crecimiento y división de celular en vegetales. En principio se centró en el estudio de las algas, pero posteriormente paso a estudiar cianobacterias, pensando que pertenecían, junto con el resto de bacterias, al reino vegetal. De entre estas se interesó especialmente por las resistentes al calor, lo que le llevó a descubrir que las endosporas son estructuras muy resistentes al calor pero que las células vegetativas no, por lo que pueden morir fácilmente mediante una simple ebullición. Estos hallazgos ayudaron a explicar por qué la ebullición a veces no era una técnica efectiva de esterilización. También ideó métodos simples pero efectivos, como el uso de algodón para cerrar tubos y matraces, que evitan la contaminación de cultivos estériles. Pasteur - refutó la Teoría de la generación espontánea. La idea básica que sostenía esta teoría era que la vida podía surgir a partir de materia inerte, pero Pasteur demostró que el aire normal contiene, una diversidad de células microbianas indistinguibles de las que se encuentran en los materiales en putrefacción, y por consiguiente, era obvio que los microorganismos encontrados en alimentos putrefactos procedieran del aire ya que pueden depositarse sobre cualquier objeto. Por ello pensó que un alimento tratado, no debería estropearse, si todos los organismos que lo pudieran contaminar fueran eliminados. Para eliminarlos empleó calor; de hecho algunos autores ya habían demostrado que si una solución de nutrientes se introducía en un matraz, se sellaba y se calentaba hasta la ebullición, nunca se descomponía. Pero los defensores de la generación espontánea criticaban tales experimentos

1

argumentando que se necesitaba aire fresco. Pasteur superó esta objeción construyendo un matraz con cuello de cisne; en él, las soluciones nutritivas se podían calentar hasta la ebullición. Posteriormente, cuando el matraz se enfriaba, el aire podía entrar de nuevo, pero la curvatura evitaba que cualquier microorganismo alcanzase el interior. El material de este recipiente no se descomponía y no aparecían microorganismos mientras que el cuello del matraz no contactara con el líquido estéril. Koch - fue quien concibió y probó experimentalmente la Teoría microbiana de las enfermedades infecciosas, ya que demostró la vinculación directa entre ciertos microorganismos y determinadas patologías que hasta entonces se atribuían a humores u otras entes abstractas. Por ello, basándose en las observaciones que realizó, formuló una serie de postulados para demostrar dicha relación: 1.El organismo potencialmente patógeno debe estar siempre presente en los todos los animales que sufran la enfermedad y nunca en los que estén sanos. 2.El organismo sospechoso debe poder cultivarse para la obtención de colonias puras o axénicas, fuera del cuerpo del animal. 3.Cuando dicho cultivo se inocula a un animal susceptible, debe iniciarse en él los síntomas característicos de la enfermedad. 4.El organismo ha de poder ser recuperado y cultivado, a partir del animal infectado. Cabe destacar que para relacionar un microorganismo determinado con un proceso específico, primero debe de ser aislado en un cultivo axénico o puro; éste se genera a partir de una única célula bacteriana que, con los nutrientes apropiados, se multiplica hasta formar una colonia o cultivo puro que, por tanto, está formado por una única clase de microorganismo. Por otra parte, Koch consiguió uno de los mayores logros de la bacteriología médica: detectar el agente causante de la tuberculosis.

Beijerinck - su aportación más importante al campo de la microbiología fue la formulación del concepto de cultivo de enriquecimiento. Esta técnica se basa en aislar microorganismos seleccionados a partir de muestras naturales mediante el uso de medios de cultivo específicos y condiciones de incubación que favorezcan el crecimiento de un sólo tipo o grupo de microorganismos relacionados fisiológicamente. Gracias a ella, aisló los primeros cultivos puros de muchos microorganismos del suelo y del agua. Además describió, los principios básicos de la virología al estudiar el virus causante de la enfermedad del mosaico del tabaco.

Winogradsky – estudió distintas bacterias del suelo, en particular las

implicadas en el ciclo del nitrógeno y del azufre, gracias a lo que describió la nitrificación (oxidación del amoniaco a nitrato). En base a todos sus estudios se conoció con detalle procesos como la fijación del nitrógeno o la oxidación de compuestos inorgánicos como N, S, Fe o H, para obtener energía. Esto llevó a la definición, por parte del mismo Winogradsky de la quimioliotoautotrofía (QLA), un tipo de metabolismo, exclusivo de las bacterias, que además de extraer energía de compuestos inorgánicos, usan como fuente de carbono el

2

CO2 y no emplean oxígeno en sus procesos oxidativos, por lo que, son anaerobios. Cabe destacar que no sólo su metabolismo es anoxigénico, sino que la simple presencia de éste en el medio puede producirles efectos nocivos.

SUBDISCIPLINAS MÁS IMPORTANTES DE LA MICROBIOLOGÍA

En su aspecto aplicado, los progresos de Koch condujeron al desarrollo de la microbiología médica y la inmunología, con el descubrimiento de nuevas bacterias patógenas y el establecimiento de los principios por los que éstas infectan el cuerpo y se hacen resistentes a sus defensas. Otros avances prácticos se dieron en la microbiología agrícola, con el estudio de que procesos microbianos son beneficiosos o perjudiciales, para el crecimiento de las plantas. Posteriormente, ésta disciplina permitió conocer la utilidad de los microorganismos para la formación de antibióticos o de productos industriales. Esto abrió el campo de la microbiología industrial. La microbiología del suelo, también, ha suministrado bases sólidas para el estudio de los procesos microbianos que ocurren en lagos, ríos y océanos. Todas ellas se agrupan en el área de la microbiología acuática.

Muchos de los desechos que el hombre origina son microbianos; por ello se ha desarrollado una microbiología sanitaria. Para suministrar agua potable adecuada se han establecido distintos métodos que constituyen la microbiología del agua potable. Ambas subdisciplinas se han unido en la llamada ecología microbiana.

Los avances más importantes en microbiología básica estuvieron relacionados con el descubrimiento de nuevas clases de bacterias y su clasificación (taxonomía bacteriana). Dicha clasificación requirió conocer los nutrientes que consumen y los productos que forman, dando lugar a la fisiología microbiana. El estudio fisicoquímico de la estructura de las bacterias se integró en el campo de la citología bacteriana. La bioquímica bacteriana estudia los enzimas bacterianos y la herencia y variaciones que las bacterias sufren en su crecimiento componen la genética bacteriana. Sistemática bacteriana Fisiología microbiana BIOTECNOLOGIA Genética bacteriana Básica Biología molecular/Citología bacteriana Bioquímica microbiana Dos direcciones Koch Microbiología medica Inmunológica

Aplicada Ecología microbiana

Beijerink/ Winogradsky Microbiología Agrícola: -Micro. industrial -Micro. acuática

3

Segunda parte: MICROORGANISMOS, GENERALIDADES CLASIFICACIÓN

En el s.XVIII, Linnaeus intentó nombrar las plantas y animales conocidos. Para ello ideó un sistema binomial en el que el nombre de una especie consta de dos partes: el nombre genérico y el específico.

En principio, todos los organismos se organizaban en dos reinos: el de los vegetales, que incluía a hongos y bacterias, y el de los animales, que incluía a los protozoos. Esto se debía a que se consideraban animales a los organismos capaces de moverse, alimentarse, respirar y crecer. En cambio un vegetal era cualquier organismo inmóvil, que ni comía ni respiraba, que podía crecer indefinidamente y que poseía pared celular.

Algunos sistemáticos observaron que ciertos organismos como las bacterias y los hongos diferían de las plantas y los animales, más de lo que diferían entre sí plantas y animales. Haeckel fue uno de ellos y en 1866 estableció un tercer reino, el de Protistas.

En el s. XX la opinión científica cambió con los avances microscópicos, bioquímicos y de la biología celular. Estos revelaron diferencias a nivel subcelular entre células eucariotas y procariotas, de forma que se originaron nuevas propuestas sobre los distintos reinos que engloban a todos los seres vivos. De todas las propuestas el sistema de cinco reinos propuesto por Whittaker en 1959 parece el más acertado. Así el mundo vivo, se divide en cinco reinos: el Monera, el Protista, el Fungi, el Plantae y el Animalia. Esta clasificación se apoya con la teoría simbiótica sobre el origen de las células eucariotas propuesta por Margulis y Schwartz (1985). Unos cronómetros excelentes de la relación evolutiva son las macromoléculas ribosómicas (rRNA). Woese, fue el primero en advertir la posibilidad de usar el ARNr como instrumento para establecer relaciones filogenéticas ya que todos los organismos lo contienen. Así se han identificado líneas celulares filogenéticamente distintas, a las que se denomina dominios (taxón superior al reino) y son tres: Bacteria, Archaea y Eukarya.

4

Cabe destacar que, las especies de Archaea están más relacionadas

con los eucariotas que con las Eubacterias, pese a que ambos son procariotas. Los microorganismos eucarióticos fueron los precursores de los organismos pluricelulares. Usando las técnicas del rRNA se demostró que orgánulos como plastos o mitocondrias que tienen su propio DNA y ribosomas, derivan de líneas específicas del dominio Bacteria. La teoría endosimbiótica supone que dichos orgánulos fueron procariotas acuáticos de vida libre que llegado un punto fueron incorporados al interior de células, estableciéndose una relación simbiótica mutualista. Así aparecieron las células del dominio Eukarya. BACTERIAS/PROCARIOTAS

Las bacterias son procariotas, por lo que no presentan envoltura nuclear, ni núcleo definido, por ello su material genético -un solo cromosoma- está en

5

contacto directo con el citosol. Se trata ADN circular de doble cadena, en el que los genes son continuos (no hay intrones).

Además no poseen ningún sistema de endomembranas, ni otros orgánulos membranosos, aunque si muestran estructuras similares, enzimas respiratorios localizados en los mesosomas (invaginaciones de la mb plasmática) y ribosomas 70S. Además se caracterizan porque… -Su reproducción implica una división simple de la célula progenitora para dar dos células hijas genéticamente idénticas entre ellas y a la progenitora. -Pertenecen al reino Monera. -Son unicelulares, aunque a veces forman filamentos, masas celulares o micelios. -Su tamaño oscila entre 0’1-15μm. -Su área de distribución es muy amplia debido a su resistencia a ambientes extremos; algunas especies son capaces de vivir en “actividad interrumpida” durante largos periodos de tiempo. -Poseen una amplia gama metabólica ya que pueden ser:

+Fotoautótrofos: oxigénicos u anoxigénicos/anaerobios obligados o facultativos. +Fotoheterótrofos. +Heterótrofos descomponedores. +Quimioautótrofos (aerobios u anaerobios). +Quimioheterótrofos (aerobios u anaerobios), parásitos o mutualistas.

-Su nutrición es osmótrofa. -Su pared celular está formada por ácido murámico en eubacterias y por proteínas o heteropolisacáridos distintos de la mureína, en arqueas. -Membrana plasmática con pliegues para aumentar la superficie celular y resguardar los enzimas para facilitar la separación de las diferentes funciones enzimáticas. -Rara vez forman plasmodesmos (algunos en micelios). -Con movilidad variable. -No se reproducen sexualmente, pero pueden recombinarse genéticamente. -Son usados como fuente de antibióticos o en la alimentación. -Algunos son capaces de fijar el N atmosférico y forman nódulos en las raíces. -Son estudiados por la Bacteriología. VIRUS -No tienen organización celular, por lo que, no se son células. -No son sistemas dinámicos abiertos porque no toman nutrientes y vierten sustancias al exterior. Su estructura es estática e incapaz de cambiar o sustituir sus constituyentes. -Poseen una cubierta proteica, que encierra y protege a los ácidos nucleicos. A veces están envueltos por una segunda cubierta rica en

6

lipoproteínas que facilita la adhesión celular específica y protegen a los ácidos nucleicos durante el paso de una célula a otra. -Material hereditario: ADN o ARN, de una o dos cadenas. -Tienen sus propios genes pero carecen de ribosomas, por lo que, dependen de la maquinaria biosintética celular para sintetizar sus proteínas y replicar su información genética. Por ello, tampoco tienen capacidad metabólica propia y dependen absolutamente de la célula hospedadora. -Son parásitos obligados de todo tipo de células y pueden ser patógenos. -Su tamaño varía de 25μm a 0’5μm. -Se reproduce cuando infecta a una célula. Debido a esto, su ciclo vital alterna una fase extracelular (partículas de un solo tipo de ácido nucleico rodeado de proteínas) y otra intracelular (ácido nucleico con más o menos enzimas víricos). -Son utilizados en biotecnología, en forma de vectores, como sistemas de transferencia y expresión de genes -Son estudiados por la Virología. HONGOS

-Los hongos son organismos generalmente terrestres, de organización eucariótica. Pueden ser tanto unicelulares (levadura) como pluricelulares cenocíticos (hongos filamentosos o miceliales). -Tamaño variable de 2μm a varios metros, en el caso de algunos micelios. -Tienen una pared celular formada por microfibrillas de celulosa y quitina, atravesada por una matriz de sustancias no celulósicas (hemicelulosa y pectinas). Esta estructura permite aumentar la relación superficie-volumen y está en íntimo contacto con el ambiente. -Poseen gran cantidad de enzimas

digestivos porque actúan como descomponedores. -Pueden producir toxinas altamente cancerígenas. -Existen hongos depredadores, heterótrofos, quimioheterótrofos (aerobios), saprofitos, mutualistas o parásitos. En cualquier caso los nutrientes son ingeridos por absorción después de ser digeridos en el exterior por acción enzimática. Algunos son capaces de fermentar (levaduras). -Tienen una nutrición osmótrofa. -Usan el glucógeno o los lípidos como fuente reserva energética. -Carecen de cilios o flagelos. -No tienen células móviles, excepto algunas reproductivas. Muchos producen esporas que suelen dispersarse por acción del viento. -Se asocian simbióticamente con plantas vasculares formando las conocidas micorrizas, o con algas para formando líquenes. -Son utilizados en la alimentación y como fuentes de antibióticos.

7

-La ciencia que estudia los hongos recibe el nombre de Micología pero tradicionalmente la botánica se encarga de aquellos que son macroscópicos mientras que la microbiología se ocupa del estudio de los microscópicos.

ALGAS

-Organismos eucariotas unicelulares o pluricelulares. -Su tamaño oscila 1μm y varios metros de longitud. -Poseen un metabolismo fotoautótrofo oxigénico, si contienen clorofila. -Nutrición osmótrofa. -Poseen una pared celular compuesta por celulosa y otros polímeros. -Presentan coloraciones variadas debido a la presencia de diferentes pigmentos. -Polímeros de reserva: almidón, paramilón, laminarían y crisolaminarina. -Movilidad variable. -Se pueden reproducir de forma asexual y sexual. -Pueden vivir en ambientes subaéreos o acuáticos (continentales y marinos). -Son los principales productores primarios en ecosistemas acuáticos y contribuyen de forma importante al mantenimiento de los niveles de CO2 y O2 en la atmósfera. - Son estudiados por la Algología (Botánica).

PROTOZOOS

-Son microorganismos eucarióticos, generalmente unicelulares. -Su tamaño oscila entre 1 y 200μm. -Se pueden alimentar por fagocitosis, siendo parásitos o saprofitos. -Son quimioheterótrofos aerobios. -No poseen color, ni clorofila. -Suelen ser móviles como las amebas o pueden

presentar cilios y/o flagelos, exceptuando algunos que son parásitos inmóviles. -Carecen de pared celular, aunque pueden presentar estructuras similares (caparazones y testas). -Son incapaces de originar cuerpos fructíferos. -Habitan en aguas marinas y dulces. -De su estudio se encarga la Protozoología o Protistología.

8

-Microorganismos (RESUMEN)-

9