INSTITUTO UNIVERSITARIO DE OPTOMETRIAMICROBIOLOGÍASEGUNDO SEMESTREProf. Marielba Velandia

HISTORIA DE LA MICROBIOLOGIA

INTRODUCCION 1.1 Microbiología Microbiología es el estudio de los organismos microscópicos, deriva de 3 palabras griegas: micros (pequeño) bios (vida) y logos (ciencia) que conjuntamente significan el estudio de la vida microscópica. Para mucha gente la palabra microorganismos le trae a la mente un grupo de pequeños criaturas que no se encuadran en ninguna de las categorías de la pregunta clásicas: ¿ es animal , vegetal o mineral ¿ Los microorganismos son diminutos seres vivos que individualmente son demasiado pequeños como para verlos a simple vista . En este grupo se incluyen las bacterias, hongos (levaduras y hongos filamentosos) virus, protozoos y algas microscópicas. Normalmente tendemos asociar estos pequeños organismos con infecciones enfermedades como el SIDA o deterioro de alimentos. Sin embargo la mayoría de los microorganismos contribuyen de una forma crucial en el bienestar de la tierra ayudando a mantener el equilibrio de los organismos vivos y productos químicos en nuestro medio ambiente: Los microorganismos de agua dulce y salada son la base de la cadena alimentaría en océanos, lagos y ríos. Los microorganismos del suelo destruyen los productos de desecho e incorporan el gas nitrógeno del aire en compuestos orgánicos así como reciclan los productos químicos en el suelo agua y aire. Ciertas bacterias y algas juegan un papel importante en la fotosíntesis, que es un proceso que genera nutrientes y oxígeno a partir de luz solar y CO2 siendo un proceso critico para el mantenimiento de la vida sobre la tierra .Los hombres y algunos animales dependen de las bacterias que habitan en sus intestinos para realizar la digestión y síntesis de algunas vitaminas como son la K y algunos de complejo B . Los microorganismos también tienen aplicaciones industriales ya que se utilizan en la síntesis de productos químicos como son acetona, ácidos orgánicos, enzimas, alcohol y muchos medicamentos.

El proceso de producción de acetona y butanol por bacterias fue descubierto en 1914 por Chaim Welzmann, un polaco que trabajaba en Inglaterra para Winston Churchill. Cuando estalló la primera guerra mundial en agosto de ese año, la producción de acetona era esencial en el proceso de fabricación de las municiones, por lo que el descubrimiento de Weizmann jugó un papel determinante en el desarrollo de la guerra. Después de la guerra, rehusó todos los honores que le propuso el gobierno británico. Sin embargo, utilizò su influencia para que el gobierno británico ayudara a establecer el estado judío en Palestina. En 1949, Weizmann fue elegido el primer presidente de Israel. La industria alimentaría también usa microorganismos en la producción de vinagre, bebidas alcohólicas, aceituna, mantequilla, queso, yogurt y pan. Además, las bacterias y otros microorganismos ahora pueden ser manipulados para producir sustancias que ellos normalmente

so sintetizan. A través de esta técnica, llamada ingeniería genética, las bacterias pueden producir importantes sustancias terapéuticas como insulina, hormona de crecimiento humana e interferón. Actualmente sabemos que los microorganismos se encuentran en todas partes, pero hace poco, antes de la invención del microscópico, los microorganismos eran desconocidos para los científicos. Miles de personas morían en las epidemias cuyas causas no se conocían. El deterioro de los alimentos no se podía controlar siempre y muchas familias enteras morían debido a que no existían vacunas y antibióticos disponibles para combatir las infecciones. Nosotros podemos hacernos una idea de cómo se han desarrollado nuestros actuales conceptos de microbiología repasando los acontecimientos históricos que han cambiado nuestras vidas. La microbiología es una ciencia biológica que estudia la estructura, fisiología, genética ecología y las aplicaciones socioeconómicas de los microorganismos. Es decir, de aquellos seres vivientes comprendidos en los reinos Fungí (hongos), Protista y Monera (bacterias), incluyendo a los virus y a otros organismos moleculares. La microbiología utiliza técnicas como la esterilización, el empleo de medios de cultivo, el análisis molecular y bioquímica, para el aislamiento y crecimiento de los microorganismos.

1.2 Desarrollo histórico de la microbiología Como otras ciencias, la microbiología actual ha seguido también un desarrollo histórico, que por razones didácticas aquí se ha dividido en seis periodos. A. PERIODO ESPECULATIVO (3 MILLONES DE AÑOS A.C. – 1676) Este periodo se inicia desde los 3 a 2.5 millones de años A.C con la evolución del género homo. Al desarrollarse las primeras prácticas agrícolas y el procesamiento empírico de los alimentos (10000-7000 A.C) el hombre inicia inconscientemente su relación eterna con los microorganismos. Fueron los sumerios, babilonios y, más exquisitamente, los egipcios los que emplearon directamente a los microorganismos al desarrollar la fabricación del pan y la cerveza. Otras culturas más recientes también han utilizado los microorganismos particularmente en su alimentación, bebidas alcohólicas han estado presentes en las culturas asiáticas, africanas, europeas y americanas; los alimentos fermentados han sido desde sus orígenes fundamentales en la dieta de los asiáticos. Más tarde, Fracastoro (1546) sugiere que organismos invisibles eran los causantes de las enfermedades. Otros como Robert Hooke (1664) describieron observaciones microscópicas de hongos .Pero fue en octubre de 1676 Anthony Van Leeuwenhoek; (1632-1723) publica en la revista “PHILOSOPHICAL TRANSACTIONS OF THE ROYAL SOCIETY”, su primer artículo sobre observaciones microscópicas y la primera persona en describir los microorganismos en detalle, a los cuales denominó animáculos. Leeuwenhoek examinó el agua de lluvia, de mar, de río, saliva y otras materias. Sin embargo, estas observaciones no condujeron a ninguna investigación acerca de las posibles actividades de los microorganismos, ni como agentes de fermentaciones ni de enfermedades infecciosas ya que el desarrollo de la química ya de la medicina era demasiada primitivo.

B. PERIODO DE LA OBSERVACIÓN (1676-1867) Después que las publicaciones de Leewenhoek demostraron la existencia de los microorganismos fue necesario, sin embargo, esperar cerca de 200 años para que la microbiología tenga un avance rápido. Esto fue debido principalmente al predominio en aquella época de la Teoría de la Generación espontánea. Este fue un periodo de duro enfrentamiento filosófico entre los diversos científicos que termino con tal Teoría. Hombres como Francesco Redi (1626 – 1698) Lázaro Spallanzani (1729-1799), Jhon Tyndall (1820-1893) y

principalmente, Louis Pasteur (1822-1895), dieron la victoria e impulsaron vigorosamente a la microbiología. La idea de la generación espontánea se remonta a la cultura griega, los cuales creían que las ranas y gusanos crecían espontáneamente a partir del lodo, incluso existían recetas: llenando una tinaja con trapos y colocándola en un sitio apartado durante semanas al final crecían ratones a partir de trapos. En el siglo XVII el italiano Francesco Redi demostró en 1668 que los gusanos encontrados en la carne podrida eran las larvas que provenían de los huevos que previamente habían depositado en la carne las moscas y no el producto de la generación espontánea. Sin embargo una cosa eran huevos de moscas y otra los microorganismos que solo se podían ver, con la ayuda del microscópico. En 1745 Jhon Needham hirvió trozos de carne para destruir los organismos preexistentes y los colocó en un recipiente abierto. Al cabo de un tiempo observó colonias de microorganismos sobre la superficie y concluyó que se generaban espontáneamente a partir de la carne. En 1769, Lázaro Spallanzani repitió el experimento pero tapando los recipientes, no apareciendo las colonias, lo que contradecía la teoría de la generación espontánea. Pero Needham argumentó que el aire era esencial para la vida incluida la generación espontánea de microorganismos y este aire había sido excluido en los experimentos de Spallazani. Unos 100 años después en 1836 Franz Schuize pasó el aire a través de unas soluciones ácidas fuertes hacia el interior de un recipiente con carne hervida. Al año siguiente Theodor Schwann paso el aire a través de tubos calientes. Los microorganismos no aparecían en ninguna caso ya que los microorganismos presentes en el aire habían sido aniquilados. Sin embargo los que apoyaban la generación espontánea comentaban que el ácido y el calor alteraban el aire de tal manera que impedía la generación espontánea de los microorganismos.

El experimento más contundente de Pasteur y que derrumbó la teoría de la generación espontánea, fue el de los “frascos con cuello de cisnes” (frascos de Pasteur). Los frascos de Pasteur eran matraces cuya boca estaba estirada mediante calor hasta constituirse en un tubo delgado y curvado , manteniendo el extremo abierto ; los frascos contenían una infusión de materiales putrescibles y eran sometidos a calor hasta ebullición de tal manera que se eliminaban los microorganismos iniciales y aunque el aire podía penetrar al interior del frasco, las partículas de polvo con los microorganismos del ambiente se quedaban en las paredes curvadas del cuello , permaneciendo la infusión estéril durante periodos muy largos de tiempo. Junto con Pasteur , Tyndall y Appert (quien gano un concurso patrocinado por Napoleón para desarrollar un método de conservación de alimentos enlatados , necesario para sus largos periodos de guerra ) contribuyen al establecimiento de la esterilización (pasterización, tindalización y apertización, respectivamente ) como una de las técnicas fundamentales para la microbiología .

C. PERIODO DE LOS CULTIVOS (1667-1910 APROX.) Así como Pasteur con la eterización y sus estudios iniciales de las “enfermedades del vino y la cerveza”, los estudios de Robert Koch (1813-1910) han sido fundamentales en el desarrollo de la microbiología con el establecimiento de las técnicas de aislamiento de microorganismos y de los medios de cultivo. Koch desarrolló el cultivo en medio sólido (primero sobre rodajas de papa, luego sobre gelatina y finalmente sobre agar, consecuencia de una sugerencia de la esposa de Walter Hesse, (uno de sus discípulos) utilizando unas cajas circulares de vidrio (diseñadas por Richard Petri, otro de sus discípulos), lo que permitió el aislamiento e identificación de un gran número de bacterias.

Además Koch como consecuencia de sus estudios sobre el ántrax (una enfermedad de vacunos causada por la bacteria formadora de endosporas llamada Bacillus anthracis y que ocasionalmente ocurre en humanos) y con el empleo de las técnicas de esterilización y de aislamiento y cultivo en medio sólido estableció los criterios para probar la relación causal de un microorganismo con una enfermedad y que ahora se denominan:

POSTULADOS DE KOCH: 1. El organismo causal debe encontrase siempre en los animales, hombre, plantas que padecen la enfermedad y no debe encontrarse en los individuos sanos.

2. El organismo casual debe ser cultivado en cultivo puro a partir del individuo enfermo.

3. Tal cultivo puro, cuando se inocula a individuos susceptibles debe dar lugar a los síntomas características de la enfermedad.

4. El organismo causal debe ser reaislado de los individuos experimentales y cultivado nuevamente en el laboratorio después de lo cual debe aun ser similar al organismo inicial.

En 1833 Christiam Gram desarrollo empíricamente el método de tinción diferencial para bacteria que permite diferenciar dos tipos básicos de bacterias debido a su capacidad de retener (positivas) o (negativas) el colorante básico cristal violeta (la diferencia entre los dos tipos básicos de bacterias se debe a la composición y estructura de la pared celular). Con las principales técnicas microbiológicas ya desarrolladas se identificaron los microbios causantes de las principales, y aun presentes, enfermedades .Algunos llaman a este periodo como el de los cazadores de microbios.

Aun sin el conocimiento de los procesos inmunológicos, Pasteur desarrolló las vacunas contra el ántrax, el cólera de las aves, la erisipela porcina y contra la rabia. Descubrió la técnica de atenuación de la virulencia y que aún se emplean en la preparación de algunas vacunas.

D. PERIODO DE LA FISIOLOGÍA MICROBIANA (1910-1940) Con la facilidad para el aislamiento de microorganismos y su cultivo en forma pura, se pudo iniciar el estudio de su comportamiento fisiológico. Esto fue iniciado por Pasteur con sus estudios sobre fermentación alcohólica y fermentación láctica en la fabricación de vino y la cerveza y la torcedura de ambas bebidas. Más tarde, S. Winogradski (1856-1953), M.W.Bejijerinck (1851-1933) relacionaron el metabolismo microbiano con las transformaciones biogeoquímicas en el suelo y agua y, en base a las particularidades metabólicas microbianas, desarrollan la técnica de cultivo por enriquecimiento. Otros como A. J. Kluyver y C.B. Van Niel estudiaron el metabolismo bacteriano y la fotosíntesis bacteriana respectivamente. El cultivo por enriquecimiento consiste en aumentar deliberadamente la población de un determinado grupo microbiano de una muestra mediante la provisión de condiciones particulares a tal grupo; con la población particular aumentada puede aislarse el microorganismo utilizando las otras técnicas de cultivo. Por ejemplo para aislar una bacteria litrotofa que sea capaz de utilizar amonio, se prepara un medio de cultivo que contenga NH4 como única fuente de energía y después de inocularlo con suelo , agua u otra muestra , se le incuba en oscuridad.

En 1923 se puso en operación exitosa la primera planta mundial de ácido cítrico por Pfizer, que utilizaba la fermentación de la sacarosa por Asperigillus Níger).

El descubrimiento causal de Alexander Fleming en 1928 de la antibiosis de Penicilium notatum contra Streptococcus aureus debido la penicilina, condujo 20 años después a Howard Florey y Emst Chain, en plena Segunda Guerra Mundial, a la producción masiva de penicilina, debido a la falta de plantas industriales en Inglaterra la producción se realizo en EE.UU. por las firmas Merck, Pfizery Squibb. Este periodo podría ser mejor considerado como el “La fisiología Microbiana y la Microbiología Industrial”

E. EL PERIODO DE LA GENÉTICA MICROBIANA (1941-1970) A inicios de la década de los 40 no estaba plenamente confirmada la participación de los ácidos nucleicos como los agentes fundamentales en la transmisión hereditaria de los organismos vivientes. Si bien los trabajos de Mendel habían dado origen a la genética, no se incluía a los microorganismos y, en todo caso, era un misterio su comportamiento genético. Fueron G, W. Beadie y E.L Tatum quienes en 1941, probaron la relación entre los genes y las enzimas al encontrar mutantes auxotroficos (incapaces de sintetizar un metabolismo y, entonces, dependientes del suministro extenso de este) del hongo Neurospora. En 1943, Max Delbruck y Salvatore Luria encontraron mutaciones espontáneas en bacterias. Un año más tarde, O.T. Avery, C.M. Macleed y M. Mccarty probaron contundentemente que el DNA era la molécula hereditaria y que las bacterias podían transferir genes mediante la transformación, J.Lederberg y E.L. Tatum (1946) demostraron que algunas bacterias también podían transferir genes mediante contacto célula (conjugación). En 1952, F.H.C. Crick, J.D. Watson y W.Wilkins propusieron el modelo estructural del DNA. En este periodo, también, se inicia la utilización de los nuevos conceptos de la genética de microorganismo para lograr mejorar las características culturales e incrementar las capacidades metabólicas de los microorganismos utilizados en la producción industrial. Se considera que el uso de la Mutagenesis con estos propósitos es casi inmediato al hallazgo de mutantes de Neurospora. La Mutagenesis con estos propósitos es casi inmediata al hallazgo de mutantes Neurospora. La Mutagenesis es aun utilizada en los programas de mejoramiento genético de microorganismos de uso industrial.

La formación de industrias biotecnológicas ya ha causado una nueva Revolución industrial, cuyo máximo nivel se podría alcanzar recién en las primeras décadas del próximo siglo.