Microbiología, el estudio de los organismos microscópicos,
deriva de 3 palabras griegas: mikros (pequeño), bios
(vida) y logos (ciencia) que conjuntamente significan el estudio
de la vida microscópica.
Para mucha gente la palabra microorganismo le trae a la mente un grupo de
pequeñas criaturas que no se encuadran en ninguna de las categorías
de la pregunta clásica: ¿ 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 a 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 alimentaria 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 unproceso que genera nutrientes y oxígeno a partir de luz
solar y CO2 siendo un proceso crítico 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 algunas del 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 Weizmann, 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, utilizó 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 alimentaria también usa microorganismos en la
producción de vinagre, bebidas alcohólicas, aceitunas, mantequilla,
queso, yogurt y pan. Además, las bacterias y otros microorganismos
ahora pueden ser manipulados para producir sustancias que ellos normalmente
no 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 microscopio, 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 como se han desarrollado nuestros actuales conceptos de microbiología
repasando los acontecimientos históricos que han cambiado nuestras
vidas.
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.
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.
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: