Tema 1: Concepto y desarrollo de la microbiología.

Microorganismo y microbiología.

La microbiología es la ciencia que estudia a los microorganismos, entendiendo por microorganismo es un organismo muy pequeño inferior a 0.1 mm, tiene como característica que no se puede ver con el ojo humano. Dentro del tamaño establecido hay mucha variedad, pueden ser: protozoos, hongos, algas, bacterias, arqueas, virus y algunas entidades acelurares.

Otra característica desde un punto de vista practico es que para estudiarlo es necesario un metodología común.

• Microscopía.

• Cultivos puros.

El objeto formal que se estudia dentro de cada uno de los microorganismos es prácticamente todo.

• Estructura.

• Fisiología.

• Metabolismo.

• Crecimiento.

• Genética.

• Taxonomía.

• Ecología.

• Y otros muchos.

Historia.

Descubrimiento.

Desde la antigüedad se ha intuido la existencia de los microorganismos, pero hasta el descubrimiento del microscopio no se pudieron ver.

• HOOKE: vio los cuerpos fructíferos de hongos microscópicos.

• LEEUWENHOEK: entre 1677-1678 escribió muchas cartas a la royal society of London donde comunica que estaba observando con un microscopio simple, algunos microorganismos tan pequeños como bacterias.

Polémica de la generación espontánea.

Esta misma polémica a nivel de moscas ya se había solucionado, dado que también se propuso que los gusanos que aparecían en la carne eran de generación espontánea y se vio que no que unas moscas ponían huevos que se convertían en esos gusanos.

Ha nivel de microorganismos, volvió a surgir esta polémica. Los caldos e infusiones en contacto con el aire se volvían turbios y se podían observar microorganismos. El planteamiento era “dado que después de haber hervido el caldo o la infusión no hay microorganismos pero con el paso del tiempo aparecen, debe ser que hay una generación espontánea de microorganismos” esto lo propuso J. Needham.

L. Spallanzani decía que no y lo explico con un experimento rudimentario pero eficaz. Hizo un caldo lo hirvió y lo selló herméticamente, después de un tiempo se vio que no se estropeaba por lo que él decía que no había generación espontánea.

El error que Needham cometió era que no calentaba el caldo lo suficiente, y por lo tanto al tiempo aparecían los microorganismos. Y excluyó los experimentos de Spallanzani porque decía “el calor que se aplica destruye la fuerza vegetativa que hace que surjan los microorganismos y por otro lado el calor vicia el aire”.

Lo que hizo Spallanzani fue romper el cuello de las botellas selladas y vio que con el tiempo crecían los microorganismos por lo que el calor no había destruido la “fuerza vegetativa”.

Varios investigadores propusieron soluciones para que en los experimentos de Spallanzani no se viciara el aire.

• F. Schuzle: hizo pasar el aire a través de un ácido fuerte y lo pasaba al caldo. Needham rechazo esta propuesta porque el ácido también viciaba el aire.

• F. Shwann: hizo pasar el aire a través de tubos calientes de vidrio. Needham también la rechazo diciendo que el calor viciaba el aire.

• H. Schroeder: utilizo tapones de algodón este hacia de filtro, pero no se conservaban siempre.

Esta polémica duro 100 años. Porque había dos inconvenientes.

• Planteamiento indirecto: si hay microorganismos en el aire y se ponen en contacto con el caldo surgen los microorganismos.

• Ignorancia de la existencia de esporas: hay forma de resistencia como las endosporas de las bacterias que son muy difíciles de matar.

• Pouchet descubrió que en el heno había esporas de bacillus que no morían con un calentamiento normal.

• Appert un confitero francés, utilizo las deducciones experimentales para crear la apertización que es la conservación de alimentos por calor.

En 1860 L. Pasteur fue el primer investigador que hizo las cosas bien.

• El primero lo dejo sellado y vio que se conservaba.

• El segundo lo pone en contacto con el aire y a las 24 h ve que hay microorganismos.

• El tercero lo sella pero meto un poco de algodón pólvora y lo cierra de manera que a las 24 h los microorganismos crecen.

• La materia del algodón no influye. Para ello utilizo matrazes con cuello de cisne.

• Coge un matraz y lo llena de caldo.

• Le dobla el cuello con calor.

• Hierve el caldo para matar los microorganismos.

• Lo deja abierto y se ve que se conserva.

• Realiza de nuevo el experimento y tumba el matraz viendo que a las 24 h hay microorganismos.

Con esto demuestra que:

• Los microorganismos no surgen espontáneamente si no que preexisten.

• Están en todas partes, incluyendo el aire y el polvo.

• Su crecimiento provoca la alteración y descomposición de la materia.

Aun así la polémica continuo algún tiempo.

• Tyndall: repitió los experimentos de Pasteur y le fueron bien hasta que lo hizo con heno y no pudo seguir repitiéndolos con éxito.

• Cohn: descubrió las esporas y pudo asociarlas con el heno.

Esto nos deja tres conceptos:

• Esterilización: la eliminación total de todos los microorganismos.

• Pasteurización: calentamiento a 80 ºC durante 15 minutos que reduce los microorganismos principalmente los patógenos.

• Tindalización: esterilización que consiste en el calentamiento discontinuo. 1er calentamiento con vapor, se eliminan los cuerpos vegetativos, se le da un tiempo para que germinen las esporas después se da un 2º calentamiento con vapor y por si acaso se deja y se da un 3er calentamiento con vapor.

Transformaciones químicas.

Los microorganismos al crecer, alteran, descomponen o transforman la materia. Tenemos que hablar de dos procesos.

• Putrefacción: cuando el sustrato es proteico.

• Fermentación: cuando el sustrato es un carbohidrato.

Se caracteriza porque:

1837: tres investigadores Cagniar-Labur, Shwann y Kutzig demostraron que el poso o sedimento que se observaba tras la fermentación, eran células vivas y estas eran las responsables de las transformaciones.

Desgraciadamente había una escuela alemana Giessen, donde un químico con mucha influencia Liebig decía que era una reacción puramente química que se debía a la inestabilidad del azúcar y que era autotransmisible.

Esto produjo un retraso de 20 años hasta que en 1857 Pasteur soluciono el problema. Lo que pasó es que al acudir a una fábrica, que fabricaba etanol a partir de la remolacha y que se había parado la maquinaria, vio que en vez de levadura había otros microorganismos que producían fermentación láctica. Limpió la fabrica y la volvió a poner en funcionamiento.

Él se quedo con la investigación de esos otros microorganismos y descubrió que había distintas fermentaciones. Los que hacían la fermentación láctica lo hacían sin oxigeno y lo definió como la “vida sin aire”. Muchos de los microorganismos tomaban el oxigeno como toxico por lo que definió los términos “anaerobio” y “aerobio”.

También se dio cuenta de que los más eficaces eran aquellos que se daban en presencia de O2. Eran los mas rentables porque aparecía un mayor numero de microorganismos por lo que también definió el termino “eficacia”.

En la dedicación a las transformaciones mediadas por microorganismos hay dos grandes investigadores.

• 1856-1953 S. Winogradsky.

• 1851-1931 M. W. Bijerink.

Estos investigadores vieron que había agentes geoquímicos implicados en la mineralización y en la fijación de nitrógeno atmosférico.

Microorganismos como agentes causales de enfermedades.

Lo que mas preocupaba era el contagio.

• G. Facastorius escribió en 1546 un tratado donde dijo que la peste y la sífilis se transmite por contacto entre individuos y eran causados por semillas o gérmenes.

• Hunter tomo la gonorrea y se inyecto material purulento de un enfermo, de este modo demostró como se contagiaba.

• Snow termino con el cólera en Londres clausurando una fuente.

• Semmelweis y O. Wendell Holmes se dieron cuenta de la asepsis puerperal de la cual morían muchas parturientas dado que no había higiene cuando el medico pasaba de una paciente a otra. Lo que hicieron fue enseñar a los médicos medidas de higiene.

• Lister en 1864 implantó la utilización de medidas de higiene en los quirófanos, con lo cual dejaron de morir pacientes por culpa de infecciones.

Todo esto no demostraba que un determinado microorganismo produjese determinada enfermedad.

Cuando se estudio el carbunco o ántrax en ingles, el carbunco es una enfermedad de los animales domésticos que puede pasar al hombre y en algunos casos es mortal, se reconocía a los enfermos por unos bacilos en la sangre pero no se sabía si era la causa o la consecuencia.

En 1840 Henle lanzó unos criterios para conseguir aislar el microorganismo y cultivarlo. Luego inyectarlo y si se produce la enfermedad se demuestra que es la causa.

Como no había cultivos puros se pensó que había pleomorfismos o monomorfismos.

• Pleomorfismo: los microorganismos tienen una gran capacidad de variación tanto respecto a su aspecto morfológico como a su función fisiológica.

• Monomorfismo: presentan constancia y especificidad de forma y función.

Aun así se presentaba otro problema, el que los médicos oponían resistencia.

Aislar en cultivo puro.

Definición de cultivo puro: contiene una sola clase de microorganismo debe surgir de una sola célula o espora.

J. Lister 1878: se planteo aislar diluyendo la suspensión y creciendo en medio liquido las suspensiones más diluidas.

Se prepara una batería de tubos donde se coloca agua destilada o solución salina estéril.




Se pasa un mililitro al primer tubo dejando 10 veces menos microorganismos que en el original, así sucesivamente un numero elevado de veces. De las ultimas disoluciones tomo un mililitro y lo siembro en un caldo de cultivo. Se hace en las ultimas disoluciones porque hay una mayor probabilidad de que haya una sola bacteria. Aun así había algunas pegas.

• Solo el microorganismo mas frecuente en la muestra original será el cultivado.

• Requiere un medio liquido, y no se ve una separación física, por lo que no se esta seguro de que sea un cultivo puro.

Schröeter: propone aislar sobre un sustrato sólido como la rodaja de patata para obtener colonias: población de células, macroscópicamente visible, que crece en un medio sólido a partir de una sola célula. Aun así tenia sus inconvenientes.

• La patata es húmeda, desprende agua, por lo que las bacterias móviles no se quedan quietas.

• La patata es opaca, esto dificulta la visibilidad de las colonias.

• La patata no es un buen nutriente.

R. Koch (1843-1910): pensó en solidificar un medio liquido, y lo que hizo fue añadir un gelificante, gelatina.

Un discípulo suyo invento unas placas, las placas Petri, donde después de calentar y disolver la gelatina se vertía y cuando descendía la temperatura de 28 ºC se solidifica y al lado de una llama se extendía un liquido y se dejaba crecer.

Los inconvenientes:

• Es muy buen nutriente y las bacterias se lo comen.

• A mas de 28 ºC es liquido y las que infectan a los seres humanos viven a 37 ºC.

La mujer de Petri, una gran aficionada a la cocina, soluciono el problema de la liquidez a altas temperaturas con el agar, este compuesto no es un buen nutriente y además se licua a 44 ºC. De este modo se consiguió aislar las bacterias por estrías.

Este método es muy común en practicas por lo que lo estudiaremos mas profundamente en ellas.

Se consiguió asilar en cultivo puro y tras unos experimentos demostraron la relación causal entre los microorganismos y la enfermedad.

Postulados de Koch.

• El microorganismos debe estar presente en todos los casos de la enfermedad.

• Debe se aislado de un huésped enfermo y cedido en cultivo puro.

• Debe reproducirse la enfermedad especifica cuando se inocula un cultivo puro del microorganismo en un huésped sano.

• El microorganismo debe recuperarse de nuevo del huésped experimentalmente infectado.

En 1832 D. Ivanovsky estaba trabajando en una enfermedad en la planta del tabaco, utilizo los procedimientos habituales, machaco las hojas las filtró y vio que el filtrado producía la enfermedad. De este modo se vio que había agentes submicroscopicos llamados virus filtrables. Pero no fue hasta que se mejoro la microscopia cuando se observaron.

La microbiología en la actualidad

Orientación taxonómica.

• Virologia.

• Bacteriología.

• Ficología.

• Micologia.

• Protozoologia.

Orientación hábitat.

• M. Del suelo.

• M. Del agua.

• M. Marina.

• ...

Orientación aplicada.

• Ecología microbiana.

• M. Medica.

• M. Industrial.

• M. Agrícola.

• Geomicrobiologia.

Tema 2: Naturaleza y posición de los microorganismos en los sistemas biológicos.

Características de los microorganismos.

Un microorganismos tiene cuatro características básicas, aunque dentro de ellos tiene sus excepciones.

• Ser vivo.

• Tamaño pequeño (< 0.1 mm)

• Células capaces de vida independiente (pueden agruparse pero manteniendo su individualidad).

• Metodología especifica. En la cual incluimos la microscopia y los cultivos puros.

Propiedades comunes a todos los seres vivos.

Unidad bioquímica.

• Macromoléculas: transmisión de la información DNA, RNA, proteínas.

• Proceso de obtención de energía (ATP) se también un gradiente transmembrana de protones.

• Procesos de biosíntesis de macromoléculas, que componen la arquitectura de un ser vivo.

Unidad física.

La unidad física de todo ser vivo son las células que se definen como “unidad microscópica limitada por membrana que contiene lo necesario para el mantenimiento de la función biológica y que derivan de otra célula preexistente”.

Tenemos el problema de que los virus son acelulares y no tienen metabolismo, se suponer que antes fueron células y que al ser parásitos obligados han ido perdiendo toda la maquinaria.

Los viroides son cadenas desnudas de ácido nucleico, pero tienen capacidad infectiva, desde este punto de vista se estudiarán en microbiología porque producen enfermedades en plantas.

Los priones son proteínas con capacidad de variar la expresión génica de un huésped. Como por ejemplo la enfermedad de las vacas locas.

Diversidad estructural.

Hay microorganismos procariotas y eucariotas.

Diferencias.

• Ausencia de sistemas intracitoplasmaticos de membrana unitaria en procariotas.

• Organización de material genético.

• Tamaño de ribosomas.

• Ausencia de corrientes citoplasmáticas en procariotas.

Modelos de organización celular.

• Unicelular: bacterias, protozoos, algas y hongos.

• Pluricelular:

• Sin diferenciación: células autosuficientes bacterias, algas y hongos.

• Con diferenciación: no hay microorganismos.

• Cenocitico. Algunos hongos.




Reinos.

Haeckel 1866.

Chatton 1937

Whittaker 1959.

Woese, Kandler, Wheelis 1990.

Se ha observado gracias a la secuenciación que las diferencias filogenéticas eran las mismas entre arqueas bacterias y Eucarias.

Crnarchaeota Animalia

Euryarchaeota Plantae

¿Korarchaeota? Fungi

Protista

Las arqueas se diferencian de las bacterias en forma química, en los habitas, y en su fisiología. Dentro de las arqueas tenemos arqueas metalogenicas (producen metano), arqueas halofilas extremas (viven en salinas) y arqueas termofilas extremas (112-113º).

	Eucaria.	Bacteria	Archaea.
Estructura celular.	Eucariota	Procariota	Procariota
Lípidos de membrana.	Diesteres de glicerol.		Diéteres de glicerol o tetraéteres de glicerol.
Cadenas laterales de lípidos.	Ácidos grasos poliinsaturados y no ramificados.	Ácidos grasos monoinsaturados y no ramificados	Alcoholes poliinsaturados y ramificados.
Otros lípidos.	Esteroles	Hopanoides	Ninguno.
Pared celular con mureina.	No	Si con excepciones	No
Intrones	Si	No	Ocasionalmente
tRNA iniciador.	Metionil	Formilmetionil	Metionil.

	Procariotas	Eucariotas.
Macroorganismos.		Animalia Plantae Fungi.
Microorganismos	Archaea Bacteria	Protozoos Algas Hongos. Hongos mucosos.

7

Azúcar ! alcohol + CO2 + levaduras

Plantas

Animales

Plantas

Animales

Protista.

Plantas

Monera

Protista.

Animales

Procariotas

Eucariotas

Bacterias

Arqueas

Eucarias

ANCESTRO UNIVERSAL.

Bacteria

Eucarias

Arqueas