Introducción e Historia de la Microbiología

Transcripción

1 Capítulo 1 Ideas Principales Preparado por: Prof. CarlosMontelaraTirado Introducción e Historia de la Microbiología Bienvenido a la clase Microbiología! Cuándo fue la primera vez que pensantes en tomar un curso de microbiología? Qué fue lo primero que te vino a la mente? Fue la infección de garganta que recientemente has experimentado? O fue la intoxicación que experimentaste después de comer en un restaurante? Sí, estos son temas que forman parte de la microbiología, pero en realidad sólo un pequeño número de todos los microorganismos son patógenos. La mayoría son beneficiosos. El tema general de tu libro es la relación entre los microorganismos y nuestras vidas: tanto los efectos nocivos conocidos de ciertos microorganismos, así como los efectos beneficiosos que producen. Hay dos temas clave que vamos a explorar. En primer lugar, vamos a aprender sobre la diversidad de los microorganismos. Cuando piensas en los microorganismos, algunos pueden pensar nada más que en las bacterias. Otros pueden pensar en los virus. Bueno, los microorganismos son algo más que estos dos grupos. Serás introducido a la variedad de microorganismos en la primera sección del curso. El segundo tema explica cómo los microorganismos afectan nuestras vidas. Discutiremos su impacto ambiental y su papel en las enfermedades humanas. Vamos a aprender cómo los microorganismos se utilizan comercialmente y en la industria para producir alimentos, productos químicos, drogas y mucho más. También vamos a revisar brevemente los descubrimientos de la microbiología que han ayudado al progreso de este campo a su estado actual de alta tecnología. Vamos a tocar algunos descubrimientos importantes en este resumen. Les insto a que lean más sobre la historia de la microbiología en su libro de texto. Así que, vamos a comenzar! En la microbiología, por lo general, estudiamos organismos que sólo pueden verse con un microscopio. Los principales grupos son las bacterias, arqueas, hongos, protozoos, algas, virus y algunas etapas del ciclo de vida de los helmintos. Haremos a continuación una breve reseña de cada uno de estos grupos. Las bacterias son organismos unicelulares cuyo material genético no está incluido dentro de un núcleo. Por esta razón, las bacterias se llaman procariotas, de las palabras griegas que significan pre núcleos. Las procariotas incluyen bacterias y arqueas. Hay tres formas bacterianas comunes. Ellas son: bacilos (células en forma de bastón), cocos (células de forma esférica), y los espirales (células en forma de tirabuzón o curvas). Las células individuales pueden formar pares, cadenas, u otras agrupaciones, que suelen ser los mismos dentro de una especie. Las bacterias

2 están encerradas dentro de una pared celular que mayormente está compuesta por peptidoglucano. Sólo las bacterias contienen peptidoglucano. Las bacterias generalmente se reproducen por fisión binaria, una célula se divide en dos células iguales. Las bacterias son muy diversas para su nutrición. Algunas utilizan productos químicos orgánicos y otras utilizan la fotosíntesis. Otras pueden obtener su nutrición a partir de sustancias inorgánicas. Por lo tanto, para resumir, las bacterias son pequeñas, células unicelulares procariotas que se dividen por fisión binaria. Son nutricionalmente muy diversas. Al igual que las bacterias, las Archaea son células procariotas, pero si tienen paredes celulares estas paredes no contienen peptidoglucano. Se encuentran a menudo en ambientes extremos como en las aguas termales del Parque Nacional Yellowstone o en lugares muy salados, como el Mar Muerto, en Israel. No se sabe si las Archaea causan enfermedades en humanos. Los hongos son organismos eucariotas, lo que significa que tienen un núcleo que contiene el ADN de la célula. Los organismos en este grupo son unicelulares, como la levadura, o multicelulares, como los hongos. El hongo filamentoso (moho) es la forma más típica de los hongos y el cual forma una masa visible llamada micelio. Los organismos llamados mohos mucilaginosos tienen características de hongos y amebas. Los hongos no utilizan la fotosíntesis. En su lugar, obtienen el alimento mediante la absorción de materia orgánica procedente de su entorno. Algunos hongos pueden causar enfermedades en los humanos. Pero los hongos son también una fuente de alimento, como setas. Otro grupo de microorganismos son los protozoarios. Los protozoarios son unicelulares y eucariotas. Por lo general, puede moverse con apéndices llamados pseudópodos, flagelos o cilios. Los protozoarios tienen una variedad de formas y viven como entidades libres o como parásitos de otros organismos. Se reproducen sexual o asexualmente. Las amebas son un tipo de protozoarios. Las algas son organismos eucariotas fotosintéticos que tienen paredes celulares compuestas de celulosa como las plantas. Las algas se reproducen tanto sexual como asexualmente y se encuentran en agua dulce y agua salada. Como fotosintetizadores, las algas necesitan luz, agua, y dióxido de carbono para el crecimiento y producen oxígeno y carbohidratos que otros organismos utilizan. Como resultado de ello, juegan un papel importante en el equilibrio de la naturaleza. Los virus son diferentes a los microorganismos que hemos mencionado hasta ahora en ciertos aspectos importantes. En primer lugar, sólo son visibles con un microscopio electrónico. En segundo lugar, no son estructuras celulares, y contienen un solo tipo de ácido nucleíco rodeado por una cubierta proteica. A veces la capa del virus se encajona en un sobre. Son los virus organismos vivos? Bueno, sí, en cierto sentido, ya que pueden multiplicarse cuando están dentro de otra célula viva. Por otra parte, a menudo se consideran inertes porque son inertes fuera de un huésped vivo. 2

3 El último grupo de organismos que se mencionan son los parásitos de los animales multicelulares. Estos son los helmintos, los gusanos planos y redondos. Estos gusanos parásitos no son microscópicos, aunque parte de su ciclo de vida implica formas microscópicas. Su identificación requiere de muchas de las técnicas utilizadas en la identificación de microorganismos tradicionales. Tomemos un minuto para resumir lo que hemos cubierto. Hemos aprendido que los microorganismos son las bacterias, arqueas, hongos, protozoos, algas, virus y algunas etapas del ciclo de vida de los helmintos. Por lo general se necesita algún tipo de microscopio para verlos. Las bacterias y archaea son procariotas, es decir, no tienen un núcleo, y los demás grupos son eucariotas, es decir, que poseen un núcleo. Los virus son a veces considerados como vivos cuando están dentro de una célula huésped y, a veces considerados como no vivos cuando están fuera de una célula. El segundo tema de nuestra discusión es cómo los microorganismos afectan nuestras vidas. Nuestro mundo está lleno de microorganismos. Están en el aire que respiramos, los alimentos que comemos, y dentro de nuestros cuerpos. Los microorganismos afectan nuestras vidas de manera positiva, así como negativamente. Empezaremos esta sección discutiendo algunos de los hallazgos históricos que han beneficiado a los seres humanos. A continuación mencionaremos el papel que desempeñan en nuestro medio los microorganismos como los principales recicladores. Terminaremos discutiendo el impacto negativo que los microorganismos pueden tener en nuestras vidas. Comencemos por "La Edad de Oro de la Microbiología". Este período, que duró desde 1857 hasta 1914, fue una época de rápidos avances en las ciencias. Fue durante este tiempo que la teoría de la enfermedad del germen comenzó a ser aceptada. Louis Pasteur desarrolló un proceso llamado pasteurización para eliminar bacterias en algunas bebidas alcohólicas. En la actualidad la pasteurización se utiliza ampliamente en la leche y la elaboración de la cerveza. Joseph Lister introdujo el uso de un desinfectante para limpiar las heridas con el fin de controlar la infección. Otro hito se produjo cuando Edward Jenner demostró por medio de la vacunación que era posible protegerse contra la viruela. Robert Koch estableció una secuencia de pasos experimentales de relación directa con un microorganismo específico para una enfermedad específica. Estos pasos son conocidos como los postulados de Koch. Los ejemplos que se han mencionado aquí y los muchos otros que puedas leer en tu libro de texto sirvieron de base para varios logros monumentales que siguieron en los siglos XX y XXI. El siglo XX estuvo repleto de hitos que han tenido efectos profundos en nuestras vidas. Paul Ehrlich especulado acerca de una "bala mágica" que pudiera cazar y destruir un patógeno sin dañar el huésped infectado. Encontró el Salvarsan, que fue utilizado para tratar la sífilis. Este fue el comienzo de la quimioterapia moderna, el tratamiento de una enfermedad con productos químicos. Algunos productos químicos son llamados antibióticos cuando se hace naturalmente por bacterias y hongos. El primer antibiótico, la penicilina, fue descubierto en 1928 por Alexander 3

4 Fleming. Desde entonces, muchos otros antibióticos y drogas quimioterapéuticas han sido descubiertos. Los descubrimientos que acabamos de mencionar son ahora parte de nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, muchos tipos de medicamentos para combatir infecciones microbianas están disponibles en la farmacia local. Las vacunas son parte de las visitas de rutina al médico y también puedes comprar desinfectantes y antisépticos antimicrobianos en el supermercado. Los avances modernos en microbiología han dado forma a nuestra relación con los microorganismos. Las aplicaciones prácticas de la microbiología se llaman biotecnología. Aunque la biotecnología se ha usado en alguna forma desde hace siglos, las técnicas se han vuelto mucho más sofisticadas en las últimas décadas. Estas técnicas de investigación son necesarias para desarrollar vacunas, entender nuestro sistema inmunológico, identificar los virus, y mucho más. Los científicos que trabajan en el campo de la biología llamada ingeniería genética o tecnología del ADN recombinante pueden alterar los microorganismos para producir proteínas que normalmente no haría. Estas sustancias incluyen la celulosa, para facilitar la digestión, limpiadores de desagües y muchas sustancias terapéuticas importantes, tales como la insulina y la hormona del crecimiento. Un resultado muy emocionante e importante de las técnicas de ADN recombinante es la terapia génica, es cuando los científicos insertan un gen faltante o sustituyen un gen defectuoso en las células humanas. Esta terapia se ha utilizado para tratar algunas enfermedades como la fibrosis quística y la distrofia muscular de Duchenne, pero los resultados todavía están siendo evaluados. Algún día, muchas enfermedades podrán ser tratadas con terapia génica. La biotecnología también se ha aplicado a la agricultura. Por ejemplo, se han desarrollado bacterias alteradas genéticamente para proteger frutas contra daños por fríos intensos (heladas), también están siendo modificadas para controlar los insectos que dañan los cultivos. Las bacterias también se han utilizado para mejorar la apariencia, sabor y vida de frutas y verduras. Ahora discutiremos algunos ejemplos del papel que desempeñan los microorganismos en nuestro ecosistema. La primera es en el reciclaje de elementos vitales. Los microorganismos son responsables de convertir el carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo en el medio ambiente en formas utilizables por las plantas y los animales. Los microorganismos también se utilizan en el tratamiento de aguas negras (residuales). En las plantas de tratamiento de aguas residuales se quitan los materiales no deseados mediante la combinación de diversos procesos físicos y químicos con la acción de microorganismos beneficiosos. Otra función beneficiosa de las bacterias es la biorremediación. Se trata de bacterias que crecen con el único fin de limpiar los contaminantes y los desechos tóxicos producidos por diferentes procesos industriales. Estos son sólo algunos ejemplos de cómo los microorganismos puede tener un impacto positivo en nuestras vidas y el mundo en que vivimos Ahora echemos un vistazo al impacto que los microorganismos tienen en nuestra salud. Las bacterias que normalmente habitan en nuestros cuerpos conforman nuestra microbiota normal o flora normal. Son inofensivas y, en algunos casos, incluso beneficiosas. Por desgracia, en algunas 4

5 circunstancias, incluso nuestra flora normal puede causar enfermedades. Hay un delicado equilibrio entre salud y enfermedad que depende del sistema inmunológico del cuerpo y el tipo de bacterias implicadas. Las enfermedades infecciosas se producen cuando la balanza se inclina a favor de la bacteria. A pesar de los muchos medicamentos quimioterapéuticos, las enfermedades infecciosas no sólo no están desapareciendo, pero parecen ser recurrentes y cada vez mayor. El desglose de las medidas de salud pública para las infecciones previamente controladas se ha traducido en la aparición de la tuberculosis, tos ferina y la difteria. La resistencia a los antibióticos también contribuye al problema de las enfermedades emergentes. Las enfermedades infecciosas emergentes son enfermedades que son nuevas o cambiantes. La incidencia de las enfermedades infecciosas emergentes es que la gente vaya a nuevas áreas geográficas o viajen de una parte del mundo a otro y estén expuestos a microorganismos inusuales. Además, los cambios evolutivos en los organismos actuales también han contribuido a la aparición de nuevas enfermedades. Ejemplos de enfermedades emergentes incluyen el virus de la gripe aviar A, el síndrome respiratorio agudo severo (SRAS), virus del Nilo Occidental y el SIDA. Ya hemos discutido las grandes ideas. Comenzamos por revisar los tipos de microorganismos y algunas de la historia más reciente de la microbiología. Hemos tocado brevemente las muchas maneras en que los microorganismos afectan nuestras vidas. Es importante saber cómo los microorganismos también pueden ser beneficiosos para nosotros y nuestro mundo. 5