Embed Size (px)
DESCRIPTION
Perfil académico y datos biográficos.Más contenido de este tipo en la Revista Boletín Biológica (www.boletinbiologica.com.ar). Revista de distribución libre y gratuita.
Citation preview
26
Biológica
- Nú
me
ro 18
- Octu
bre
a D
iciem
bre
2010
www.boletinbiologica.com.ar
Sergei Winogradsky
Investigadores notables y sus aportes a la biología.
A partir de estos primeros pasos, el estudio delos microorganismos se dividió en dos corrientesque emplearon diferentes métodos y que pretendíanresponder diferentes respuestas. La corriente de lamicrobiología médica, liderada por Pasteur,Ferdinand Cohn (1828-1898) y Robert Koch(1843-1910), buscaba encontrar a «esos pequeñosresponsables» de las enfermedades infecciosas. Lacorriente bioquímica, en cambio, pretendíaconocer los mecanismos químicos producidos porestos microorganismos y que influían en los ciclosde la materia. Entre los investigadores destacadosde esta línea estaban: Martinus Beijerink (1851-1931) y el destinatario de este artículo: SergeiWinogradsky (1856-1953) (ver Figura 1).
Esta última corriente de investigación dioorigen a lo que hoy es una ciencia por si mismapero que para ello debió atravesar por diferentesetapas: la microbiología de suelo. De uncomienzo meramente descriptivo abocado a saberque tipos de organismos había en el suelo pasó auna etapa más experimental que buscaba reproducir
os seres vivos, entre otras características,poseen la capacidad de transformar lamateria y la energía; lo que conocemos comometabolismo.
Por una cuestión evidente de tamaño las plantasy los animales fueron los primeros tipos deorganismos que demostraron, a los primerosnaturalistas e investigadores, su participación enlas transformaciones de materia y energía.
A partir de mediados del siglo XIX, en partepor el desarrollo del instrumental microscópico yseguramente por la creciente curiosidad científica,un nuevo mundo microscópico se hizo notable alos ojos de los investigadores.
Fue Louis Pasteur (1822-1895) quién brindópor primera vez las pruebas suficientes de que los«microbios» nos acompañaban en nuestra vidacotidiana y participan en numerosos procesos,entre ellos los involucrados en los ciclos de lamateria.
Retratos fotográficos de SergeiWinogradsky en diferentes épocas.
Figura 1:Las fotos deSergeiWinogradskyno abundan.En estas tresse lo puedeobservar endiferentesmomentos desu vida.
L
27
Biológica
- Nú
me
ro 18
- Octu
bre
a D
iciem
bre
2010
www.boletinbiologica.com.ar
procesos químicos edáficos. Una vez conocidosdetalles de los procesos involucrados en elreciclado de los nutrientes y materiaorgánica, el siguiente paso fue laimplementación de técnicas defertilización con fines de mejorar laproducción agronómica. La últimaetapa, y seguro la más compleja, tienerelación los procesos de formación desuelo y la influencia de los seres vivosen estos procesos.
Los aportes de Winogradsky a estaciencia fueron fundamentales, pero…¿cuán conocidos son? Sin pretensiones de biografíaexhausta, repasaremos algunos momentos de lalongeva vida de este investigador.
Sergei Winogradsky vivió 97 años,nació en Kiev (actualmente capital deUcrania) en 1856 y falleció en Brie-Comte-Robert, comuna cercana deParís, en 1953. Repasando los años,casi coinciden con el tiempotranscurrido entre la publicación del«Origen de las Especies» de CharlesDarwin y la publicación de laestructura del ADN por parte deWaston y Crick; cien añosrevolucionarios en la biología comociencia.
¿Cuál fue el aporte de Winogradskyy por qué este investigador? Más allá de los aportesa la bacteriología que hizo este hombre de ciencia,me interesa mucho contar la mirada sistémica de
los procesos biológicos que poseía esteinvestigador. Su trabajo, aunque referido y
desarrollado con células, microscopiosy cultivos, estaba integrado y pensadoa nivel de ecosistemas y a uno de losecosistemas más «pisoteado» ymenospreciado: el suelo.
Su infancia transcurrió sin mayoressobresaltos en el seno de una familiarusa pudiente. Le siguió unaadolescencia que le permitió vagar pordiferentes actividades sin saber muybien que hacer. A los 17 años comenzó
a estudiar leyes, tal cual su padre y hermano, en laUniversidad de Kiev. Pero las leyes no lo
cautivaron y pasó a las ciencias; perotampoco lo cautivaron. Comenzó aestudiar música y tampoco le gustó, ya los 21 años retornó a las ciencias,esta vez en la Universidad de SanPetersburgo. Los docentes que tuvoen esta segunda oportunidad pareceque convencieron a este indecisojoven.
A los 23 años, en 1879, se casó conZinaida Tichotzkaia con quienpermaneció casado 60 años y tuvo 4hijos; dos años después se graduó.
La mayor parte de sus trabajos losrealizó en su país natal y en Francia.
Su carrera como investigador se vio afectada porlos vaivenes políticos de la época. Primero la guerrade su país con Japón (1905) y posteriormente laPrimera Guerra Mundial hicieron que estuvieraalejado de la investigación por más de una década.Luego la revolución bolchevique en 1917 hizoque tuviera que irse de su país.
Primeros aportes…
En 1885 comenzó a investigar en el InstitutoBotánico de la Universidad de Estrasburgo dirigidopor Antón de Bary (1831-1888). Su objeto deestudio era un tipo de bacteria que crece en aguasulfurosas: Beggiatoa beggiatoa. Esta bacteria poseela particularidad que sus células son muy grandesy por lo tanto fáciles de observar (ver Figura 2).
Por esta época estaban en disputa las ideas depleomorfismo y monomorfismo. Laimposibilidad de realizar cultivos de bacteriaspuros llevó a pensar que la morfología de lasbacterias e incluso su metabolismo iban cambiandocon las condiciones del cultivo; es decir que unmismo tipo de bacteria podía presentar diferentesmorfologías; a esto se lo conoce como
«El suelo es unmundo viviente
saturado de seresvivos y con unavariedad quedesafía a todaimaginación»
S.V.
Figura 2: Filamentos de Beggiatoa sp en los cuales puedeobservarse los gránulos de azufre en su interior. La barranegra mide 20 micrómetros lo que muestre que se tratade bacterias muy grandes y fáciles de observar. (Foto: RolfSchauder).
«La habilidad deun organismo de
llevar a cabocierta función bajo
condiciones delaboratorio y en un
cultivo puro noprueba que esteorganismo lleve a
cabo la mismafunción en el
suelo»S.V.
28
Biológica
- Nú
me
ro 18
- Octu
bre
a D
iciem
bre
2010
www.boletinbiologica.com.ar
pleomorfismo. Mientras que el monomorfismoplanteaba que la morfología de las bacterias erainvariable para una misma especie y por lo tantouna característica útil para la determinación yclasificación. Esta confusión era producida por elhecho de que las condiciones y los cambios en loscultivos favorecían el desarrollo de diferentes tiposde bacterias.
Winogradsky puedo desarrollar un método decultivo que imitaba el medio natural de Beggiatoa yasí pudo obtener cultivos que conservaban suscaracterísticas fisiológicas y morfológicas con eltiempo, lo que apoyaba el monomorfismo.
Pero en 1887 obtuvo otros resultados queserían fundamentales para uno de sus principalesaportes. Sergei notó que en este tipo de bacteriase formaban corpúsculos de azufre cuando habíaácido sulfhídrico (sulfuro) en el ambiente (verFigura 3), pero desaparecían cuando laconcentración de sulfuro disminuía (2 H2S + 02 2 S + 2 H20) . Dedujo que la oxidación del ácidosulfhídrico a azufre elemental podía proveerprotones y electrones para producir un gradienteque a su vez genere energía; a esto lo denominó«inorgoxidación».
Además notó que los cultivos de Beggiatoa nocrecían en medios con presencia de compuestosorgánicos, ¿cuál sería entonces la fuente decarbonos? ¿dióxido carbono?; sus trabajosposteriores darían las respuestas.
Figura 3:Dibujos deSergeiWinogradsky defilamentos deBeggiatoa. Deizquierda aderecha: a)filamentos queestaban en unmedio con H
2S,
b) sin sulfuropor un día y c)sin sulfuro pordos días. Se vecomo losgránulos vandesapareciendoa medida quese agota elsulfuro en elagua.
Del azufre el nitrógeno…
A los 31 años y luego de la muerte de Antón deBary, Winogradsky se trasladó a Zúrich dondecomenzó a investigar sobre la oxidación delnitrógeno en el suelo.
El ciclo del nitrógeno (ver Figura 4)actualmente es bien conocido al igual que losorganismos que intervienen en cada paso. Una delas características principales de este ciclo es que
Figura 4:Ciclo delnitrógeno. Losnúmerosrepresentan losdiferentespasos del ciclo,explicados enla tabla de lafigura. Lasflechas señalanlos pasosesclarecidospor el trabajode SergeiWinogradsky.Fuente: PabloOtero.
29
Biológica
- Nú
me
ro 18
- Octu
bre
a D
iciem
bre
2010
www.boletinbiologica.com.ar
la mayor parte del nitrógeno se encuentra en formagaseosa (N2) y no disponible para la gran mayoríade los seres vivos. El resto de los compuestos queposeen nitrógeno pueden ser orgánicos (proteínas,aminoácidos, etc.) e inorgánicos oxidados (ej.:nitrato) o reducidos (ej.: amonio).
Sergei Winogradsky hizo invaluables aportespara desentrañar este ciclo de la materia tancomplejo. El descubrió que la nitrificación(oxidación de amonio a nitrato) se produce en dospasos: NH3
+ NO2- y NO2
- NO3- y que cada
uno era realizado por diferentes organismos (verFigura 4). El primer paso los producen bacteriasdel género Nitrosomonas y Nitrosococcus, mientras queel segundo es producido por bacterias del géneroNitrobacter; en ambos casos en presencia deoxígeno.
Una nueva forma de «ganarse la vida»en los seres vivos
Sin duda alguna la clasificación en autótrofos yheterótros es muy útil y descriptiva, peroincompleta. Sucede que no todos los heterótrofosson iguales, ni todos los autótrofos obtienen laenergía de la luz (ver Figura 5).
Sergei Winogradsky y sus investigaciones dieroncon una nueva forma de obtener energía y por lotanto una nueva estrategia metabólica: losorganismos quimioautótrofos.
Los autótrofos poseen la capacidad de producirsu propio alimento, para lo cual requieren de unafuente de energía, de carbono, nitrógeno y poderreductor. En el caso de las plantas y algas, la luz
Figura 5:D i f e r e n t e se s t r a t e g i a sdescriptas parala obtención oproducción demateria orgánicaen los seresvivos. (Fuente:Pablo Otero).
Figura 6: Principales diferencias entre los quimioautótrofos y los quimioheterótros (la gran mayoría de los heterótrofos:animales, hongos, etc.). (Fuente: modificado a partir de Madigan, 2004).
´´
30
Biológica
- Nú
me
ro 18
- Octu
bre
a D
iciem
bre
2010
www.boletinbiologica.com.ar
provee la energía (fotoautótrofos), el agua el poderreductor, el dióxido el carbono y los demáscompuestos inorgánicos el resto de los nutrientes.Pero Winogradsky descubrió que algunas bacteriasautótrofas obtiene la energía deoxidar compuestosinorgánicos, y no de la luz (verFigura 6).
Las bacterias nitrificantescrecían en un medio carente demateria orgánica, con amoniocomo única fuente denitrógeno y en ausencia de luz.Todo indicaba que fijaban elcarbono a partir del dióxidopresente en el aire;experimentos cuantitativos hechos porWinogradsky le demostraron que la cantidad demateria orgánica formada era proporcional a lacantidad de amoníaco o nitrito oxidada.
A partir de esto Sergei Winogradsky estableciólas condiciones que debía cumplir un organismopara ser considerado quimioautótrofo.
1. Crecer y desarrollar en un mediocompletamente mineral con materia inorgánicacapaz de oxidarse. En el caso de las bacteriasnitrificantes, este compuesto es el amoníaco(NH3).
2. La oxidación de dicho compuestoinorgánico debe ser la fuente de energía.
3. No se requiere de fuente de materia orgánicay su presencia dificulta o impide el crecimiento.
4. El dióxido es la única fuente de carbono.
La historia de la ciencia y política semezclan…
Sergei Winogradsky dirigió el Instituto deMedicina Experimental en San Petersburgo entrelos años 1902 y 1905 y fue editor de Archives ofScience, revista editada en ruso y en francés. Donósu sueldo para la construcción del laboratorio debacteriología, aunque luego ese dinero se destinóa la construcción de la biblioteca.
En 1905, la guerra entre Rusia y Japón quitórecursos a la investigación y él renunció a su puestode director. Siete años después, luego de sualejamiento definitivo, el instituto se dedicócompletamente a la investigación en medicina yél dejó de investigar por más de una década.
Los problemas políticos continuaban, pasadala Primera Guerra Mundial vino la revoluciónbolchevique (1917) y las familias adineradas fueronforzadas a dejar Rusia. Sergei se marchó solo a
Zúrich, dejando a su esposa enKiev por problemas de salud.
Después de 17 años, a partirde una copia de la revistaZentralblatt für Bakteriolge,descubrió que los avances enmicrobiología del suelo habíansido realmente escasos yreinició sus investigaciones. En1922, a los 66 años, demostróla existencia de bacteriasquimiolitótrofas que podían
obtener energía de la oxidación de Fe+2 a Fe+3.
Fue en ese mismo año que Emile Roux (1853-1933), lo invitó dirigir la división bacteriologíaagrícola del Instituto Pasteur. En 1923 fue elegidomiembro honorario de la Academia de Cienciasde San Petersburgo.
Más aportes….
Sergei Winogradsky continuó investigando ehizo grandes aportes en temas relacionados con lafijación no simbiótica del nitrógeno (ver Figura 4)y en la degradación de la celulosa.
Realizando cultivos en medios sin fuente denitrógeno y con carbohidratos como fuente decarbono, descubrió que se formaba una capa en lasuperficie de bacterias capaces de fijar el nitrógenogaseoso (estas bacterias aeróbicas serían luegodescriptas por Beijerinck como Azotobacter
Figura 7: Dibujo de Clostridium pasteurianum realizado porWinogradsky.
«He determinado que las fallasde mis predecesores se
debieron a la utilización de losmedio de cultivo y aislamientode microbios, tan ampliamentedifundidos en el presente. Los
organismos nitrificantes reúsancrecer en estos medios»
S.V.
31
Biológica
- Nú
me
ro 18
- Octu
bre
a D
iciem
bre
2010
www.boletinbiologica.com.ar
chroococcum) y por debajo crecía un organismoanaeróbico fijador de nitrógeno anaeróbico:Clostridium pasteurianum (ver Figura 7).
Pero sin duda los más notable de esteinvestigador fue su visión «ecosistémica» de losprocesos en los cuales participan organismos tanpequeños y que eran estudiados por técnicas, comolos cultivos puros, que tendían más a una visiónreduccionista y no integradora.
Winogradsky reconocía que el suelo era unecosistema tan complejo que sus procesos debíanser estudiados en el medio natural, además deaislar bacterias en cultivos. De hechoresponsabilizaba a algunos fracasos a lasinvestigaciones que se centraban en el aislamientoy cultivo en placas de los organismos de suelo.
«La habilidad de un organismo de llevar acabo cierta función bajo condiciones de
laboratorio y en un cultivo puro, no prueba queeste organismo lleve a cabo la misma función en
el suelo».
«He determinado que las fallas de mispredecesores se debieron a la utilización de losmedio de cultivo y aislamiento de microbios, tan
ampliamente difundidos en el presente. Losorganismos nitrificantes reúsan crecer en estos
medios»
Retiro y fin
Un año después que fallecería su esposa, en1939, se retiró definitivamente de la investigación.A partir de su retiro, en 1949 comenzó a traducirtodos sus trabajos al francés. La obra final se llamó«Microbiología del suelo: problemas y métodos,cincuenta años de investigaciones», ¡y posee 900páginas!.
En la localidad de Brie-Comte-Robert, unapequeña calle lleva su nombre (ver Figura 8).
Bibliografía
Gamazo, C. y otros. 2005. Manual práctico demicrobiología. 3ra edición. Editorial Masson.
Madigan, M y otros. 2004. Brock. Biología de losmicroorganismos. 10ma edición. Editorial PearsonEducación - Prentice Hall.
Postgate, Johh. 2009. Las fronteras de la vida. EditorialCrítica.
Senez, Jacques C. 1962. Some considerations on theenergetics of bacterial growth. Microbiol. Mol. Biol. Rev.Vol. 26, pp. 95-107.
por Pablo A. [email protected]
Robert Koch, en 1881, introdujo el uso demedios de cultivo diferentes al líquido. Primero
utilizó rodajas de papa y luego placas de gelatina. Unaño después, Walter Hesse empleó el agaragar* comosustancia gelificante. En 1887, Friedrich Petri empleólo que hoy conocemos como «cajas de Petri» para el
cultivo de bacterias.
*agaragar. (Del ingl. agar-agar, y éste del malayo agar-agar). RAE
En 1933 describió, junto a una de sus hijas, unnuevo género de bacteria nitrificante: Nitrospira. En1935 recibió la Medalla Leeuwenhoek que entregacada diez años la Real Academia Holandesa de lasArtes y las Ciencias a investigadores que hicieron
aportes significativos a la microbiología.
Figura 8: Foto de la intersección entre la Rué LouisPasteur y la Rué Serge Winogradsky en la localidadde Brie-Comte-Robert, a 25 kilómetros de Paris.
Stainer, Roger Y. y Ingraham, John L. 1992.Microbiología. Editorial Reverté.
Waksman, S. y Starkey, R. L. 1931. The Soil and theMicrobe: An Introduction to the Study of the MicroscopicPopulation of the Soil and Its Role in Soil Processes and PlantGrowth. Londres: Editorial John Wiley & Sons.
Waksman, S. 1952. Soil microbiology. Londres: EditorialJohn Wiley & Sons.
VOLVER AL INDICE
