HISTORIA DE LA MICROBIOLOGIA
Aunque
los microorganismos se originaron hace aproximadamente 4.000 millones de años,
la microbiología es relativamente una ciencia joven. Los primeros
microorganismos se observaron hace 300 años y sin embargo pasaron unos 200 años
hasta que se reconoció su importancia.
Primeras
observaciones de los microorganismos (Leeuwenhoek y sus microscopios)
La
existencia de los microorganismos no se conoció hasta la invención del
microscopio. La primera persona en describir los microorganismos en detalle fue
el holandés Antony van Leeuwenhoek en 1684, 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 y de la medicina era demasiado primitivo.
Origen de los microorganismos (Teoría de
la generación espontánea)
Una vez descubiertos los microorganismos por Leeuwenhoek se empezó a especular
sobre el origen de estos animáculos. Se formaron dos escuelas. Una de ellas
admitía la existencia de estas estructuras pero apoyaban la teoría que
provenían de la descomposición de los tejidos de las plantas o animales (eran
el resultados de la descomposición y no la causa). Los que apoyaban esta teoría
creían que la vida se generaba a partir de matería no viva, proceso que se
denominó abiogénesis. Básicamente era el concepto de la generación espontánea.
Del otro lado estaba la teoría de la biogénesis. Los animáculos se originaban,
como ocurre en formas de vida superiores, a partir de animáculos padres. Hasta
que se rechazó la idea de la generación espontánea se tuvieron que realizar
muchos experimentos que parecen simples hoy en día, pero que en aquellos
momentos llevó más de 100 años resolver dicha controversia.
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 los huevos de moscas y otra
los microorganismos que sólo se podían ver con la ayuda del microscopio.
En 1745 John 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, Lazzaro 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 incluída la generación
espontánea de microorganismos y este aire había sido excluido en los
experimentos de Spallanzani.
Unos 100 años después, en 1836 Franz Schulze pasó el aire a través de unas
soluciones ácidas fuertes hacia el interior de un recipiente con carne hervida.
Al año siguiente Theodor Schwann pasó el aire a través de tubos calientes. Los
microorganismos no aparecían en ningún 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. Sin
embargo fue Louis Pasteur el que zanjó definitivamente la controversia en 1864
al utilizar matraces con un tubo largo y curvado llamados "cuello de
cisne". El aire pasaba libremente a través del cuello, pero los
microorganismos no aparecían en la solución ya que las partículas de polvo y
microorganismos sedimentaban en el recodo del cuello. Estos experimentos de
Pasteur promovieron el reconocimiento de la biogénesis. Posteriormente Pasteur
empezó a estudiar el papel de los microorganismos en la producción de vino y
como causa de enfermedades.
La fermentación como proceso biológico
(Pasteur y el vino francés)
Sin duda desde la Prehistoria los hombres utilizan con provecho las
fermentaciones. El pan fermentado se conoce desde hace varios miles de años.
Los jeroglíficos egipcios, así como representaciones gráficas en todo el
Próximo Oriente atestiguan que el hombre recurría a la fermentación para
fabricar bebidas alcohólicas ya varios milenios antes de Jesucristo. Al
preparar el pan, vino, cerveza o sake, los egipcios, sumerios y todas las
personas hasta mediados del Siglo XIX, empleaban sin saberlo, y de una manera
empírica, una familia de agentes biológicos muy originales: las levaduras. Son
ellas las que realizan la fermentación alcohólica.
El
papel de las levaduras como agentes fermentadores no fue reconocido hasta 1856
por Luis Pasteur. Las teorías científicas de esa época reconocían la presencia
de levaduras en la fermentación alcohólica, pero estas levaduras eran
consideradas como compuestos químicos complejos, sin vida. Esta era la teoría
mecanística liderada por los químicos alemanes von Liebig y Wöhler. Luis
Pasteur, químico francés, propuso la teoría vitalística y demostró que las
células viables de levaduras causan fermentación en condiciones anaeróbicas;
durante dicha fermentación el azúcar presente en el mosto es convertido
principalmente en etanol y CO2. Sus ilustraciones claramente muestran
auténticas levaduras vínicas y en sus escritos él las diferenciaba claramente
de otros componentes.
En el verano de 1856 M. Bigo, un fabricante de alcohol en la ciudad de Lille,
en el norte de Francia, sufría repetidos fracasos en las fermentaciones de sus
productos. En este proceso intervenía la fermentación de la caña de azúcar para
producir alcohol etílico, pero una y otra vez el contenido de las tinajas se
agriaba y al final en lugar de alcohol, se obtenía una sustancia que despedía
un olor parecido a la leche agria. Sucedió que el hijo de M. Bigo estudiaba en
la Facultad de Ciencias cuyo decano era Pasteur. M. Bigo, a través de su hijo,
preguntó a Pasteur si estaría dispuesto a investigar los fracasos que estaban
ocurriendo con sus fermentaciones, a lo que Pasteur accedió iniciando el
estudio en los laboratorios de la Facultad. En primer lugar sometió a análisis
químico el contenido estropeado de las tinas llegando a la conclusión de que
contenían una considerable cantidad de ácido láctico en lugar de etanol. El
siguiente paso fue el examen de los sedimentos de las tinas en las que la
fermentación había sido satisfactoria y el de aquellas que habían fallado. La
comparación de los dos sedimentos reveló una clara diferencia: en los
sedimentos procedentes de las tinas que habían producido alcohol había
levaduras; en los procedentes de las tinas productoras de ácido láctico se
veían "glóbulos mucho más pequeños que los de la levadura" con lo que
ya disponía de pruebas de que los productos de estas dos fermentaciones estaban
específicamente asociados con el crecimiento de dos microorganismos
morfológicamente distinguibles. Tomó muestras de los sedimentos de los dos
tipos de fermentaciones y los inoculó en tubos que contenían azúcar como fuente
de carbono; en el caso de los "glóbulos mucho más pequeños que los de la
levadura" pudo reproducir la fermentación láctica y observar los diminutos
glóbulos en el sedimento que aparecía en los tubos. La adición del sedimento de
las tinas en las que se había producido alcohol, dió una típica fermentación
alcohólica apareciendo en el fondo de los tubos glóbulos de levaduras.
En 1866, Pasteur publicó la obra titulada "Estudios sobre el vino, sus
enfermedades, causas que las provocan. Nuevos procedimientos para la
conservación y envejecimiento". Entre las mejoras aconsejadas había un
método para aumentar la calidad de la conservación de los vinos consistente en
calentarlos a una temperatura de 68° C durante 10 minutos y después enfriarlos
rápidamente. Esta técnica ha venido a ser conocida como pasteurización y es
ahora ampliamente utilizada en el tratamiento de la leche.
Descubrimiento de la función de los
microorganismos como causantes de enfermedades (Koch y la bacteria del
carbunco)
Ya en 1546 Girolano Fracastoro había sugerido que las enfermedades podían
deberse a organismos tan pequeños que no podían verse y que eran transmitidos
de una persona a otra. Sin embargo, el descubrimiento de que las bacterias pueden
actuar como agentes específicos de las enfermedades infecciosas en los animales
fue realizado a través del estudio del carbunco, infección grave de los
animales domésticos que es transmisible al hombre. La demostración concluyente
de la causa bacteriana o etiología del carbunco la proporcionó en 1876 Robert
Koch, un médico rural alemán. Kosch empezó a estudiar el mundo microbiano
después de que su mujer le regalara por su 28 cumpleaños un microscopio. Seis
años después Koch anunció al mundo que había encontrado la bacteria del
carbunco (Bacillus anthracis). Posteriormente él y sus colaboradores
descubrieron las bacterias que causan la tuberculosis y el cólera.
Esta serie de experimentos se ajustaban a los criterios necesarios para poder
establecer la relación causal entre un organismo específico y una enfermedad
específica. Estos criterios se conocen como los postulados de Koch:
1.- El microorganismo debe estar presente en todos los casos de la enfermedad.
2.- El microorganismo debe ser aislado del hospedador enfermo y obtenerse en
cultivo puro en el laboratorio.
3.- La enfermedad específica debe reproducirse cuando un cultivo puro del
microorganismo se inocula a un hospedador susceptible sano.
4.- El microorganismo debe ser recuperable de nuevo a partir del hospedador
inyectado experimentalmente.
El descubrimiento posterior de los virus (Dimitri Ivanovski en 1892; el virus
del mosaico del tabaco pasaba los filtros que retenían a las bacterias),
agentes que no crecen en medios artificiales en el laboratorio como lo hacen
las bacterias, han permitido realizar algunas modificaciones en los postulados
de Koch.
Este trabajo sobre el carbunco condujo rápidamente a la edad de oro de la
bacteriología. En 25 años la mayoría de los agentes bacterianos de las
principales enfermedades humanas habían sido descubiertos y descritos.
Desarrollo en la prevención de
enfermedades (Lister y el fenol; Pasteur y las gallinas; Fleming y el hongo
contaminante)
Actualmente es difícil comprender la magnitud de la miseria y devastación
causada por los microorganismos antes de 1950. En Europa, durante el período de
1347-1350 ocurrió una epidemia de peste bubónica, conocida como la "muerte
negra" y causada por una bacteria (Yersinia pestis). A causa de esta
enfermedad en Francia murieron de un tercio a la mitad de la población y se
estimó que en toda Europa murieron 25 millones de personas. Con el conocimiento
de que los microorganismos causaban enfermedades, los científicos se dedicaron
a investigar la prevención y el tratamiento. Los hospitales adoptaron la
antisepsia, la cual previene la diseminación de las enfermedades infecciosas
mediante la inhibición o destrucción de los agentes causantes. También se
descubrió la inmunización, un proceso que estimula las defensas del cuerpo
frente a la infección. Se empezó a aplicar la quimioterapia, tratamiento de las
enfermedades con una sustancia química, a medida que los investigadores
encontrabanmedicamentos más efectivos. También influyó la sanidad pública, sobre
todo la higiene relacionada con los alimentos y aguas.
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 los trapos.
Antisepsia:
Hacia 1860 un cirujano inglés llamado Joseph Lister investigaba la forma de
eliminar los microorganismos de las incisiones realizadas en las operaciones
quirúrgicas. Por esa época, las muertes por infección después de una operación
quirúrgica eran muy frecuentes. El propio Lister tenía anotado en su cuaderno
de notas que el 45% de sus pacientes morían a causa de las infecciones quirúrgicas.
Para evitarlo utilizó una solución diluída de fenol (que ya se sabía que mataba
a las bacterias) para lavar las ropas de los cirujanos y todo el marterial
quirúrgico, así como en spray en el quirófano durante la operación. Estos
experimentos fueron el origen de la técnica aséptica.
Inmunización: En 1880 Pasteur utilizó las técnicas de Koch para aislar y
cultivar la bacteria que causa el cólera en gallinas. Para probar su
descubrimiento convocó una demostración pública del experimento que había sido
un éxito repetidas veces en el laboratorio. Inyectó un cultivo puro de la
bacteria del cólera en gallinas sanas y esperó a que desarrollaran los síntomas
y murieran. Per para su desgracia, las gallinas siguieron vivas. Revisando el
experimento fallido descubrió que había utilizado cultivos viejos en lugar de
cultivos frescos preparados especialmente para la demostración. Algunas semanas
más tarde repitió el experimento usando dos grupos de gallinas: uno con
gallinas inoculadas en el experimento anterior con el cultivo viejo y otro con
gallinas nunca inoculadas. Ahora inyectó en ambos grupos cultivos frescos. En
este experimento las gallinas del
segundo
grupo murieron, pero las del primero permanecían vivas. Estos resultados
intrigantes pronto encontraron una explicación para Pasteur. El había
descubierto que la bacteria, si se dejaba crecer durante largo tiempo, podía
volverse avirulenta. Pero esta bacteria avirulenta estimulaba algo en el
hospedador, en este caso las gallinas, que resistían infecciones posteriores
haciéndoles inmunes a esa enfermedad. Pasteur aplicó este principio de
inmunización en la prevención del carbunco en animales y funcionó. A estos
cultivos avirulentos los llamó vacunas (del latín vacca). Usando este término
Pasteur reconoció el trabajo de Edward Jenner que en 1798 vacunó con éxito a un
niño (James Phipps) de viruela, vacuna que obtuvo de las pústulas de una vaca
con viruela.
El reconocimiento internacional de Pasteur le supuso un nuevo reto ya que le
encargaron que encontrara una vacuna contra la rabia. En aquel momento no se
conocía el agente causante de la rabia pero Pasteur creía que era un
microorganismo. Hoy sabemos que es un virus. Finalmente obtuvo una vacuna
frente a la rabia que funcionaba en perros, lo cual es diferente a humanos. En
Julio de 1885, un niño llamado Joseph Meister fué mordido por un lobo rabioso,
la familia del niño persuadió a Pasteur para que utilizara la vacuna en el niño
(la enfermedad era mortal) que resultó un éxito. Posteriormente esta vacuna
salvó a un grupo de campesinos rusos que habían sido mordidos por otro lobo
rabioso. Como agradecimiento, el zar de Rusia envió a Pasteur 100.000 francos
que utilizó para construir el Instituto Pasteur de París.
Quimioterapia: El tratamiento de las enfermedades mediante compuestos químicos
no es nuevo. En 1495 ya se utilizaban sales de mercurio para tratar la sífilis,
aunque este tratamiento hizo bueno el axioma: Graviora quaedum sunt remedia
periculus, es decir "Es peor el remedio que la enfermedad" ya que
determinados tratamientos, como es el caso del mercurio, son tóxicos para las
células animales y humanas. Para que un agente quimioterápico sea efectivo en
el tratamiento de una enfermedad infecciosa no sólo debe de matar o inhibir al
microorganismo causante de la infección sino que además debe ser relativamente
inocuo para las células humanas al exhibir toxicidad selectiva. El primer gran
descubrimiento en este sentido fue hecho por Paul Ehrlich a principios del
siglo XX. Este médico alemán creía que era posible obtener un compuesto químico
que pudiera curar específicamente la sífilis sin dañar al paciente. El conocía
que el arsénico inhibía al microorganismo causante de la sífilis (Treponema
pallidum) pero que también era tóxico para las células humanas. Ehrlich trabajó
en la idea de que el arsénico podía incorporarse dentro de compuestos orgánicos
de tal manera que perdiera su toxicidad para las células humanas manteniendo
sus propiedades antimicrobianas. Después de ensayar 605 sustancias con estas
características encontró un compuesto, el 606, que cumplía estos requisitos. A
esta sustancia la llamó Salvarsan y fue el primer compuesto químico sintetizado
en laboratorio que podía curar una enfermedad sin ser tóxico para el paciente.
Gracias a este descubrimiento le concedieron el premio Nobel en 1908. Hoy en
día ya no se utiliza salvarsan para tratar la sífilis ya que ha sido
reemplazado por un producto mucho más efectivo, el antibiótico penicilina.
Hasta 1935 no se realizó ningún nuevo avance en quimioterapia. En ese año
Gerhard Domagk trabajando en la Bayer realizó un descubrimiento importante.
Después de llevar a cabo experimentos con más de 1000 colorantes sintéticos
para comprobar si alguno de ellos podía curar las infecciones causadas por
estreptococos en ratones sin dañar a los animales, descubrió que un colorante
rojo llamado Prontosil era efectivo. Este descubrimiento le valió el premio
Nobel en 1939. Curiosamente, este colorante no era capaz de inhibir el
crecimiento de las bacterias crecidas en laboratorio; sólamente era efectivo
cuando las bacterias crecían dentro del cuerpo del animal. Esta aparente
contradicción fue resuelta en el mismo año por un químico francés Jacques
Tréfouël al observar que el prontosil era transformado en el cuerpo en un
compuesto incoloro diferente que sí tenía actividad específica frente a
bacterias. Esta nueva sustancia era la sulfonamida. En un corto período de
tiempo se determinó su estructura siendo posible sintetizarla en gran escala y
desarrollar nuevos compuestos que se denominaron sulfamidas que aún hoy en día
se siguen utilizando.
El salvarsan y las sulfamidas son ejemplos de agentes quimioterapéuticos
sintéticos obtenidos mediante síntesis química en un laboratorio. Sin embargo,
existe una segunda categoría: agentes quimioterapéuticos naturales, llamados
antibióticos. Un antibiótico es una sustancia producida por un microorganismo
que es inhibitoria para otros microorganismos en muy pequeña cantidad.
En 1928 el microbiólogo inglés Alexander Fleming observó que en una placa de
agar inoculada con Staphylococcus aureus que estaba contaminada con el hongo
Penicillium notatum, las colonias de Staphylococcus eran destruídas por alguna
actividad de las colonias del hongo. A partir de este hongo realizó la
extracción de un compuesto que era el responsable del efecto inhibitorio al que
llamó Penicilina. Si bien Fleming reconoció el enorme potencial terapéutico de
la penicilina, encontró serios problemas para aislarla y purificarla. El primer
ensayo clínico con una preparación cruda de penicilina se llevó a cabo el 12 de
Febrero de 1941. El paciente era un policía de Oxford que se estaba muriendo
por una infección con Staphylococcus (septicemia). Al administrarle penicilina
se observó un mejoramiento espectacular, pero 5 días después, cuando se les
acabó la penicilina, la infección volvió a emerger y el paciente murió. Este
ensayo clínico falló debido a que no se podía obtener una producción a gran
escala de penicilina. En este punto (1940-1941) los británicos estaban inmersos
en la II guerra mundial. Los americanos se interesaron por la penicilina y la
fundación Rockefeller invitó al inglés Florey para que investigara la
producción a gran escala de la penicilina junto con universidades e industrias
farmacéuticas americanas. Esta cooperación hizo posible que un año después
estuvieran disponibles grandes cantidades de penicilina. Muy pocos
descubrimientos científicos han tenido tanto efecto en el campo de la medicina
como el descubrimiento de los antibióticos.
Microbiología y genética (Neumococos,
doble hélice e ingeniería genética)
Antes de 1940 el conocimiento del fenómeno genético provenía de las
investigaciones sobre plantas y animales, pero no se sabía si estos resultados
se podían aplicar a los microorganismos. En 1944 Oswald Avery,
Colin MacLeod y MacLyn McCarty descubrieron el papel del DNA en la genética
bacteriana. Encontraron que el material de DNA de un tipo de neumococos puede
transferir una característica hereditaria a otro tipo de neumococos.
Posteriormente, en 1953 Watson, Crick y Wilkins descubrieron la estructura
molecular del DNA. Estos descubrimientos, junto con otros, establecieron que la
información genética de todos los organismos está codificada en el DNA. Esto
hizo de los microorganismos un modelo muy atractivo para la investigación genética.
Actualmente y utilizando la tecnología del DNA recombinante o ingeniería
genética se pueden transferir fragmentos de DNA de un organismo a otro.
IMPORTANTE:
DESPUES DE HABER LEIDO ESTE TEXTO TE INVITO A QUE PIENSES EN LA IMPORTANCIA DE LA MICROBIOLOGIA PARA LA SALUD Y PARA EL AREA ODONTOLOGICA, QUE AREAS Y QUE RAMAS ABARCA, SU RELACION CON OTRAS CIENCIAS, APLICACIONES, ASI COMO OTROS ASPECTOS QUE TE HAYAN LLAMADO LA ATENCION
Psicrófilos
(0º-20ºC) 
La
división de la célula bacteriana se produce por un proceso asexual
llamado Fisión Binaria, y el tiempo que tarda en dividirse (duplicar)
se llama tiempo de Generación. El crecimiento de un cultivo se produce
en 4 fases en el tiempo, tal y como se ve en el gráfico siguiente.
Oxígeno