HISTORIA DE LA MICROBIOLOGÍA
Por Dulce Velásquez
La microbiología es una de las ciencias que más ha aportado al desarrollo de las enfermedades infecciosas. En la historia de la humanidad esta ciencia ha estado representada por relevantes figuras de la medicina universal, cuyos grandes descubrimientos han contribuido a la etiopatogenia, diagnóstico y posterior tratamiento de las entidades infecciosas. Figuras relevantes a nivel mundial como Louis Pasteur, Robert Koch, Alexander Fleming y Joseph Lister, entregaron sus mejores años al descubrimiento de las bases microbiológicas y epidemiológicas para el estudio y diagnóstico de las enfermedades infecciosas. En Cuba se destacan figuras como Tomás Romay, Carlos Juan Finlay y de Barrés, Pedro Kourí Esmeja, Federico Sotolongo y Pedro Más Lago, por solo citar algunos, quienes realizaron grandes aportes a esta ciencia durante la época colonial y revolucionaria respectivamente. La Microbiología se puede definir, sobre la base de su etimología, como la ciencia que trata los seres vivos muy pequeños, concretamente aquellos cuyo tamaño se encuentra por debajo del poder resolutivo del ojo humano. Esto hace que el objeto de esta disciplina venga determinado por la metodología apropiada, para poner en evidencia, y poder estudiar, a los microorganismos. Precisamente, el origen tardío de la Microbiología con relación a otras ciencias biológicas, y el reconocimiento de las múltiples actividades desplegadas por los microorganismos, hay que atribuirlos a la carencia, durante mucho tiempo, de los instrumentos y técnicas pertinentes. Con la invención del microscopio en el siglo XVII comienza el lento despegue de una nueva rama del conocimiento, inexistente hasta entonces. Durante los siguientes 150 años su progreso se limitó casi a una mera descripción de tipos morfológicos microbianos, y a los primeros intentos taxonómicos, que buscaron su encuadramiento en el marco de los "sistemas naturales" de los reinos animal y vegetal.
El asentamiento de la Microbiología como ciencia está estrechamente ligado a una serie de controversias seculares (con sus numerosas filtraciones de la filosofía e incluso de la religión de la época), que se prolongaron hasta finales del siglo XIX. La resolución de estas polémicas dependió del desarrollo de una serie de estrategias experimentales fiables (esterilización, cultivos puros, perfeccionamiento de las técnicas microscópicas, etc.), que a su vez dieron nacimiento a un cuerpo coherente de conocimientos que constituyó el núcleo aglutinador de la ciencia microbiológica. El reconocimiento del origen microbiano de las fermentaciones, el definitivo abandono de la idea de la generación espontánea, y el triunfo de la teoría germinal de la enfermedad, representan las conquistas definitivas que dan carta de naturaleza a la joven Microbiología en el cambio de siglo.
CARACTERÍSTICAS DE LOS SERES VIVOS Por Yessica Girón
A pesar de la gran variedad de especies en el mundo, existe una serie de propiedades de los seres vivos que hacen que éstos sean reconocibles dentro del conjunto de la naturaleza:
Una de las características de los seres vivos más importantes es la reproducción, dado que gracias a ella todas las especies que habitan en el plantea pueden sobrevivir y multiplicar su número de individuos. A través de esta función, transmiten su información genética, determinante para el crecimiento celular. La reproducción puede ser sexual, cuando es necesaria la intervención de dos individuos de distinto sexo; o asexual, cuando no es necesario el apareamiento.
1. Organización y orden celular Todos los organismos vivos están compuestos de células, que son la base de la vida. Las células son el elemento más pequeño dentro de la compleja estructura de los seres vivos y suponen la base de sus niveles de organización, al crear tejidos que dan lugar a los órganos vitales. Esta es una característica de los seres vivos que crea una subdivisión, dado que hay seres unicelulares (una sola célula cumple todas las funciones vitales), como las bacterias y los protozoarios; y seres pluricelulares (con varias células), como las plantas, animales y hongos. Para poder mantener esa organización celular, llevan a cabo un proceso biológico conocido como la homeostasis. Este proceso consiste en la capa3. Crecimiento, desarrollo y muerte cidad del organismo para presentar una situación Una de las características de los seres vivos de fisicoquímica constante incluso frente a alteracioestructura pluricelular consiste en la necesidad de nes impuestas por el entorno. la división celular para crecer. La última etapa que afecta a todos es la muerte. Los seres vivos pasan por diferentes etapas de desarrollo a través de las cuales adquieren energía y materia del entorno, que transforma para su aprovechamiento interno. Algunos llevan a cabo la metamorfosis, que consiste en el cambio de forma de un animal después de un período embrionario, un proceso propio de la mayoría de los insectos.
2. Reproducción
4. Funciones vitales Los seres vivos realizan una serie de funciones que son esenciales para su supervivencia: • Alimentación: sin la nutrición, los seres vivos no podrían crecer y desarrollarse; puede ser alimentación autótrofa o heterótrofa. • Metabolismo: supone el conjunto de reacciones químicas que se producen en las células con la finalidad de obtener energía, construir y reparar estructuras. El metabolismo se puede diferenciar en: o Anabolismo: se sintetizan o producen nuevos compuestos a partir de moléculas simples. o Catabolismo: se degradan moléculas grandes para liberar la energía almacenada en los enlaces químicos. • Respiración: es una de las características más reconocible. A través de ella los organismos captan gases de diferentes medios físicos para incorporar moléculas químicas a sus células, tejidos y órganos. La variedad de seres vivos hace que haya diferentes órganos respiratorios: pulmones, branquias, tráqueas, poros cutáneos o estomas. • Excreción: proceso encargado de llevar a cabo la eliminación de las sustancias de desecho que el organismo no asimila o no son beneficiosas.
5. Interacción con el entorno Además de las funciones vitales, otra de las propiedades de los seres vivos es su necesidad de interactuar con el entorno que los rodea, dado que no pueden vivir sin interacciones con otros. Así, pueden responder a estímulos de distintos tipos (químicos y sensoriales), que han ido configurando las particularidades de cada especie y sus órganos. Por ejemplo, el sistema nervioso cognitivo o los órganos de los diferentes sentidos en los animales.
6. Adaptación Las diferentes características de los seres vivos han ayudado a que desarrollen un instrumento de supervivencia y de adaptación para mantener un equilibrio entre las diferentes especies gracias a sus particularidades biológicas.
ECOLOGÍA MICROBIANA Por Kimberly Perdomo
La Ecología Microbiana están ligadas entre la Ecología y la Microbiología, aborda el complejo estudio del papel que juegan los microorganismos en la biosfera. Esta disciplina, surgida con fuerza a partir de la segunda mitad del siglo XX, nos muestra hoy en día como todos los seres vivos de la tierra dependen de la enorme diversidad de sus actividades. Este mundo invisible, presente en todo tipo de ambientes cuyas condiciones sean compatibles con la existencia de vida, ha sido durante largo tiempo ignorado o tratado de forma muy rudimentaria en los estudios de Ecología clásicos. Pero su posición clave en los niveles tróficos de los ecosistemas, sus funciones centrales en los ciclos biogeoquímicos, la importancia básica de sus interacciones con el resto de los seres vivos y, en definitiva, su papel fundamental para mantener la salud de los ecosistemas, ha puesto de manifiesto, en los últimos años, la necesidad de integrar a los microorganismos como un componente esencial en los estudios ecológicos para la comprensión del funcionamiento de la biosfera. A continuación, se presenta un monográfico de la revista Ecosistemas dedicado a la Ecología Microbiana, que nos fue encargado por su editor Jordi Cortina. Contando con la amable y entusiasta colaboración de los autores, hemos recopilado una serie de textos cuyo objetivo es dar una visión amplia de hacia dónde van los estudios de Ecología Microbiana y cuáles han sido los principales logros que se han venido consiguiendo en estos últimos años, con las aportaciones de las denominadas técnicas moleculares al análisis de las comunidades microbianas en la naturaleza. Asimismo, hemos pretendido hacer partícipes a los lectores del atractivo que el estudio de esta disciplina tiene para nosotras. Para ello, se han incluido entre los artículos descripciones de ambientes especialmente interesantes por sus características “extremas” que les hacen dominio casi exclusivo de microorganismos.
Sergio Álvarez nos habla en el siguiente capítulo (“La descomposición de materia orgánica en humedales. La importancia del componente microbiano”) sobre una de las funciones clave de los microorganismos en los ecosistemas, la descomposición, con especial atención a los humedales. Fernández-Valiente), nos describen dos apasionantes y sorprendentes ambientes “extremos” que, aunque con peculiaridades de muy distinta índole, están dominados por microorganismos cuya diversidad y capacidad de adaptación no deja de sorprendernos. Por último, en “El papel de los tapetes microbianos en la biorrecuperación de zonas litorales sometidas a la contaminación por vertidos de petróleo”, escrito por Maira Martínez-Alonso y Núria Gaju, se nos muestra un interesante ejemplo de cómo el estudio de la Ecología Microbiana tiene también su componente aplicado. Esperamos que los lectores de este monográfico disfruten con su lectura y que les sirva para descubrir, a aquellos ajenos a este campo, la maravillosa diversidad y el papel fundamental de los microorganismos en la biosfera.
MICROBIOLOGÍA MEDICA Por MARLY Perdomo
Cuando somos niños tenemos la fascinación por apreciar detenidamente lo maravilloso que es nuestro planeta y cada ser vivo que habita en el a manera que vamos creciendo nos damos cuenta que hay también microorganismos que lo componen; aquellos seres diminutos que no podemos ver a simple vista, pero que también son fundamentales para el desarrollo y subsistencia de nuestro planeta algunos de los más conocidos por la mayoría de gente son los virus, bacterias y hongos. La ciencia de la microbiología nos permite aprovechar la diversidad y funciones de cada microorganismo para mejorar la calidad de vida del hombre. Sin olvidar claro a Antony Van Leeuwenhoek (1632-1723), el primero que vio y describió los microbios, gracias a que logró confeccionar microscopios simples que lograron un aumento hasta de trescientas veces. Es por eso que en este maravilloso mundo interviene la microbiología medica que nos permite identificar los microorganismos patógenos (bacterias, hongos, protozoarios, virus), ayudándonos a prevenir y diagnosticar su presencia en el humano y determinar el tratamiento adecuado para tratar las enfermedades producidas por ellos. En ciencias de la salud, la microbiología médica a logra el diagnóstico de las potenciales causas infecciosas de diversas enfermedades. En este terreno, se reconocen las afecciones provocadas por bacterias, virus, hongos y parásitos de distintas características. Por ejemplo en la antigüedad la causa de las enfermedades era atribuida a castigos divinos, fuerzas sobrenaturales o factores físicos (La palabra malaria significa “mal aire”, se creía que era el aire viciado de los pantanos el que provocaba esta enfermedad). Durante este periodo previo al descubrimiento de los microorganismos, los naturalistas solo podían especular sobre el origen de las enfermedades.
El fin primordial de la microbiología médica es continuar con el estudio de microorganismos que puedan llevar a conocer mejor su estructura y ayudar a prevenir o sanar las posibles enfermedades que estos puedan contagiar o atacar a los diferentes seres vivos especialmente al ser humano tanto en la epidemiología, farmacología y la salud pública que puedan llegar a afectar su vida cotidiana. La investigación microbiológica es constantemente fuente de nuevas ideas y tecnologías en Biología fundamental, Ecología, Biomedicina y Biotecnología, entre otras disciplinas. No cabe duda que la microbiología medica en futuro seguirá ayudando a mejorar no solo la calidad de vida del ser humano sino también el medio ambiente ampliando mas su conocimiento sobre la patología médica y la bioquímica reduciendo así el índice de mortandad y morbilidad de algunas enfermedades infecciosas lo que ha dado como resultado un aumento de esperanza de vida.
MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL Por Sintiha López
En términos generales se sabe que la microbiología es una disciplina que forma parte del grupo de ciencias de la vida y que se centra en los microorganismos, los seres considerados como los más pequeños. El estudio de esta ciencia nos permite conocer más el mundo de los microorganismos y entender su estructura para la correcta utilización en los diferentes usos que se le pueda dar. Dentro de las ramas de la microbiología se encuentra, La Microbiología Industrial la cual puede definirse diciendo que es la parte de la Microbiología que se ocupa de las aplicaciones industriales de los microorganismos. Se calcula que en la Tierra, tomando en cuenta los microorganismos de la superficie terrestre, los del agua y los que están bajo tierra, hay unos 6 billones de trillones de microorganismos. Un 6 seguido de 30 ceros. Para hacernos una idea, de humanos en el mundo hay 7 mil millones. Un 7 seguido de 9 ceros. Se estima que los microorganismos llevan poblando la Tierra desde hace más de 3.500 millones de años. Desde otro punto de vista puede decirse también que los procesos de la Microbiología Industrial constituyen aquellos procesos industriales catalíticos basados en el uso de microorganismo. La Microbiología Industrial abarca, como ya se dijo, todos aquellos procesos que se realizan con microorganismos, y aunque conceptualmente pueden considerarse también procesos de fermentación a los que se realizan con microorganismos sin crecimiento En Microbiología Industrial se utilizan los términos fermentación y fermentaciones industriales, para caracterizar a los procesos o tecnologías basados en el uso de microorganismos. En la Microbiología industrial: existen numerosos productos que se obtienen mediante el metabolismo microbiano.
BIOTECNOLOGIA MICROBIANA Por FLOR CANCINOS
¿Sabías que…? El Dr. William J. Thieman enseñó biología durante 35 años en la Universidad de Ventura y biotecnología durante 11 años antes con el fin de Inspirar a los estudiantes para que reflexionen sobre las múltiples cuestiones éticas relacionadas con la biotecnología. ¿Puedes imaginarte un mundo libre de enfermedades graves, donde la comida es abundante para todo el mundo y el medio ambiente está libre de contaminación? Ese panorama es la inspiración de muchos profesionales de la biotecnología para dedicar sus vidas a esta ciencia apasionante. Aunque no entiendas del todo la variedad de disciplinas y los detalles científicos de la biotecnología la has experimentado de primera mano. La biotecnología se define comúnmente como el uso de organismos vivos, o los productos de los mismos, para el beneficio humano (o el beneficio de su entorno) con el fin de desarrollar un producto o resolver un problema. Según Pastor, V. R. La Biotecnología microbiana. Silenciamiento genético mediado por RNA en hongos: mecanismos y aplicaciones. “La biotecnología en si se basa en la aplicación de diversas técnicas o herramientas de laboratorio en biología molecular, bioquímica, bioinformática, genética, matemáticas, ingeniería, ciencias de la computación, química y otras disciplinas. . (2017 P. 151-173.) En la biotecnología microbiana debes saber distinguir a los microorganismos de las células de plantas y animales. Si recuerdas el Capítulo 2, las células pueden clasificarse, en términos generales, teniendo en cuenta la presencia (eucariotas) o la ausencia (procariotas) de un núcleo que contenga el DNA de la célula. Por tanto, las células consideradas como eucariotas incluyen las células de las plantas y animales, las de
hongos como la levadura, las de las algas y las de organismos unicelulares (protozoos) como la ameba, que habrás estudiado en secundaria en clase de biología. A diferencia de las células eucariotas, las procariotas carecen de la mayoría de los orgánulos limitados por membrana, como por ejemplo el núcleo. Las procariotas incluyen los Dominios (categorías taxonómicas que están por encima de los reinos, por ejemplo, Arquea, Bacteria y Eukaria) Bacteria y Arquea, organismos que comparten propiedades tanto eucariotas como procariotas. La estructura celular de los microorganismos es importante tanto para determinar dónde se desarrollan mejor como para conocer sus usos en biotecnología. Por ejemplo, muchos Arquea viven en condiciones extremas, en lugares salados o climas cálidos, y por ello tienen propiedades metabólicas
Los microbios, como el E. coli que vemos en el centro de esta imagen, se utilizan en biotecnología desde hace mucho tiempo. La pared celular y la membrana plasmática de esta célula han sido seccionadas para mostrar el cromosoma bacteriano.
MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Por Yenifer Barrios
Actualmente se conocen diversidad de microorganismos, lamentablemente la humanidad no ha visto de buena manera la existencia de ellos, ya que los asocian con muchas enfermedades humanas y también enfermedades de animales. No obstante, los microorganismos patológicos son un porcentaje muy minoritario dentro del total de microorganismos, la mayoría de los cuales desempeñan papeles absolutamente imprescindibles y que de no existir harían inviable la vida en del planeta. Algunos ejemplos son las bacterias que fijan nitrógeno atmosférico (posibilitando la vida de los organismos vegetales), las bacterias del ciclo del carbono (indispensables para reincorporar al suelo la materia orgánica) o la multitud de microorganismos que viven de manera simbiótica en nuestro tubo digestivo, sin las cuales la digestión no sería viable. Así pues, los "organismos superiores" (animales, plantas, etc.) no podríamos vivir de no ser por las funciones desempeñadas por estos seres microscópicos. Así mismo nace la necesidad de observar el proceso de los microbianos en el suelo, por medio de la microbiología agrícola, ya que es ella la encargada del estudio de los microorganismos presentes en agroecosistemas (suelo, planta, atmósfera) y el análisis comprensivo de sus interacciones con especies vegetales de importancia agrícola, con el fin de predecir su comportamiento frente a las situaciones que enfrentan estos sistemas productivos. La microbiología agrícola involucra el conocimiento de las propiedades físicas y químicas del suelo, determinadas por los procesos que conllevaron a su formación y evolución, así como el ciclaje de los elementos importantes para la nutrición de las plantas. El entendimiento de las interacciones bióticas que suceden en este complejo ecosistema, permitirá proponer estrategias coherentes para la fertilización de los cultivos y control de enfermedades,
con base en el uso y/o manipulación racional de microorganismos o algunos de sus productos, como parte esencial de una agricultura sostenible. Sin embargo en1981 fue creado el laboratorio de Microbiología Agrícola (LMA) por iniciativa del Dr. Carlos Ramírez M. En su inicio se dedicó a la investigación en el área de la Microbiología de Suelos con énfasis en la simbiosis leguminosa Rhizobium. Desde su formación hasta la fecha, el laboratorio de microbiología agrícola se ha ido adaptando al desarrollo de la agricultura y a la vez ha establecido pautas en nuevas áreas de investigación. El objetivo del laboratorio es contribuir mediante la investigación, docencia, acción social y vinculación externa al aprovechamiento de las actividades microbianas en el campo agrícola, con el fin de favorecer prácticas agrícolas que reduzcan los riesgos de contaminación ambiental y que permitan una mejor utilización de los recursos.
Importancia de la Ingeniería genética Por María Mendoza La ingeniería genética es el proceso de la utilización de la tecnología del ADN recombinante (ADNr) para alterar la composición genética de un organismo. Tradicionalmente los seres humanos han manipulado indirectamente los genomas mediante el control de la reproducción, así como seleccionado aquella descendencia que tenga las características deseadas. Es un término que se introdujo por primera vez en nuestro lenguaje en la década de los 70, como la mayoría de la gente que lee libros de texto sabe que la tecnología del ADN recombinante comenzó con cosas simples la clonación de partículas muy pequeñas del ADN y su cultivo en bacterias y ha evolucionado a un campo enorme donde genomas completos pueden ser clonados y transferidos de una célula a otra, utilizando técnicas que se podrían definir de un modo muy amplio como ingeniería genética, en sentido general significa que están tomando fragmentos del ADN. La misma implica la manipulación directa de uno o más genes, lo más común es que un gen de otra especie se introduzca en el genoma de un organismo para producir el fenotipo deseado, esto realmente no sucede en la naturaleza, es algo que producimos en tubos de ensayo en el laboratorio. Y después se toma lo que hemos producido y se propaga en diferentes organismos que van desde células de bacterias, a las levaduras, a las plantas y a los animales. Así que mientras no haya una definición más precisa de la ingeniería genética, lo que mejor la define es que incluye el campo de la tecnología del ADN recombinante la genómica y la genética en el siglo
MICROBIOLOGIA MARINA Por Marisela Alvarado
Hacia finales del siglo XX, una serie de factores conspiraron para impulsar a la microbiología marina a la vanguardia de la ciencia "convencional" y ahora es una de las áreas de investigación más emocionantes y en rápido movimiento. A pesar del gran trabajo realizado por científicos pioneros, el progreso en la comprensión de estos problemas a menudo fue lento y la mayoría de los microbiólogos permanecieron inconscientes de este campo de estudio hasta hace poco. Hoy en día se han creado novedosas herramientas (especialmente en biología molecular, sensores remotos y exploración de aguas profundas) que han permitido descubrir nuevas cosas acerca de la abundancia y diversidad de la vida microbiana marina y su papel en la ecología global. Probablemente las características primordiales más importantes de los microbios son su excepcional diversidad y su capacidad para ocupar distintos hábitats. De hecho, lo que consideramos "concebible" se ve desafiado constantemente por el descubrimiento de nuevas comunidades microbianas en hábitats que antes se consideraban inhóspitos, o que llevaban a cabo procesos que no sabíamos que fueran de naturaleza microbiana. Actualmente, se sabe que los microorganismos marinos tienen propiedades beneficiosas, como la fabricación de nuevos productos y el desarrollo de nuevos procesos en el creciente campo de la biotecnología marina. De igual forma, el estudio de las interacciones de los microbios marinos con otros organismos proporciona información intrigante sobre los fenómenos de las redes alimentarias, la simbiosis y la patogenicidad. Dado que algunos microbios marinos producen enfermedades o daños, debemos estudiar estos procesos y desarrollar formas de superarlos. En términos generales, ahora se sabe que el papel vital que desempeñan los microbios marinos en el mantenimiento de nuestro planeta ayudará nuestra capacidad para responder a problemas
como el aumento de la población humana, la sobreexplotación de la pesca, el cambio climático y la contaminación.