La microbiología (del griego antiguo μῑκρος ( mīkros ) 'pequeño', βίος ( bíos ) ' vida ' y -λογία ( -logía ) 'estudio de') es el estudio científico de los microorganismos , ya sean unicelulares (unicelulares), pluricelulares (que consisten en células complejas) o acelulares (que carecen de células). [1] [2] La microbiología abarca numerosas subdisciplinas, entre las que se incluyen la virología , la bacteriología , la protistología , la micología , la inmunología y la parasitología .
Los microorganismos eucariotas poseen orgánulos unidos a la membrana e incluyen hongos y protistas , mientras que los organismos procariotas , todos los cuales son microorganismos, se clasifican convencionalmente como carentes de orgánulos unidos a la membrana e incluyen bacterias y arqueas . [3] [4] Los microbiólogos tradicionalmente dependían del cultivo, la tinción y la microscopía para el aislamiento e identificación de microorganismos. Sin embargo, menos del 1% de los microorganismos presentes en entornos comunes se pueden cultivar de forma aislada utilizando los medios actuales. [5] Con el surgimiento de la biotecnología , los microbiólogos actualmente confían en herramientas de biología molecular como la identificación basada en secuencias de ADN, por ejemplo, la secuencia del gen 16S rRNA utilizada para la identificación bacteriana.
Los virus han sido clasificados de forma variable como organismos [6] porque se los ha considerado microorganismos muy simples o moléculas muy complejas. Los virólogos han investigado los priones , que nunca se han considerado microorganismos; sin embargo, como en un principio se suponía que los efectos clínicos que se les atribuían se debían a infecciones virales crónicas, los virólogos emprendieron una búsqueda y descubrieron "proteínas infecciosas".
La existencia de microorganismos fue predicha muchos siglos antes de que fueran observados por primera vez, por ejemplo, por los jainistas en la India y por Marco Terencio Varrón en la antigua Roma. La primera observación microscópica registrada fue de los cuerpos fructíferos de los mohos, por Robert Hooke en 1666, pero el sacerdote jesuita Athanasius Kircher fue probablemente el primero en ver microbios, que mencionó haber observado en la leche y el material pútrido en 1658. Antonie van Leeuwenhoek es considerado un padre de la microbiología , ya que observó y experimentó con organismos microscópicos en la década de 1670, utilizando microscopios simples de su diseño. La microbiología científica se desarrolló en el siglo XIX a través del trabajo de Louis Pasteur y en la microbiología médica Robert Koch .
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La existencia de microorganismos fue planteada como hipótesis durante muchos siglos antes de su descubrimiento real. La existencia de vida microbiológica invisible fue postulada por el jainismo , que se basa en las enseñanzas de Mahavira ya en el siglo VI a. C. (599 a. C. - 527 a. C.). [7] : 24 Paul Dundas señala que Mahavira afirmó la existencia de criaturas microbiológicas invisibles que viven en la tierra, el agua, el aire y el fuego. [7] : 88 Las escrituras jainistas describen nigodas , que son criaturas submicroscópicas que viven en grandes grupos y tienen una vida muy corta, y se dice que invaden cada parte del universo, incluso en los tejidos de las plantas y la carne de los animales. [8] El romano Marco Terencio Varrón hizo referencias a los microbios cuando advirtió contra la ubicación de una finca en las proximidades de pantanos "porque allí se crían ciertas criaturas diminutas que no se pueden ver con los ojos, que flotan en el aire y entran en el cuerpo a través de la boca y la nariz y, por lo tanto, causan enfermedades graves". [9]
Los científicos persas plantearon la hipótesis de la existencia de microorganismos, como Avicena en su libro El canon de la medicina , Ibn Zuhr (también conocido como Avenzoar) que descubrió los ácaros de la sarna , y Al-Razi que dio la descripción más antigua conocida de la viruela en su libro La vida virtuosa (al-Hawi). [10] El taoísta Baoshengjing del siglo X describe "innumerables gusanos micro orgánicos" que se parecen a las semillas de verduras, lo que llevó al sinólogo holandés Kristofer Schipper a afirmar que "la existencia de bacterias dañinas era conocida por los chinos de la época". [11]
En 1546, Girolamo Fracastoro propuso que las enfermedades epidémicas eran causadas por entidades similares a semillas transferibles que podían transmitir la infección por contacto directo o indirecto, o transmisión vehicular. [12]
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En 1676, Antonie van Leeuwenhoek , que vivió la mayor parte de su vida en Delft , Países Bajos, observó bacterias y otros microorganismos utilizando un microscopio de lente única de su propio diseño . [14] [2] Se le considera el padre de la microbiología , ya que utilizó microscopios simples de lente única de su propio diseño. [14] Si bien a menudo se cita a Van Leeuwenhoek como el primero en observar microbios, Robert Hooke hizo su primera observación microscópica registrada, de los cuerpos fructíferos de los mohos , en 1665. [15] Sin embargo, se ha sugerido que un sacerdote jesuita llamado Athanasius Kircher fue el primero en observar microorganismos. [16]
Kircher fue uno de los primeros en diseñar linternas mágicas para proyecciones, por lo que conocía bien las propiedades de las lentes. [16] En 1646 escribió "Sobre la maravillosa estructura de las cosas en la naturaleza, investigadas por microscopio", afirmando: "¿Quién creería que el vinagre y la leche están llenos de una innumerable multitud de gusanos?". También señaló que el material pútrido está lleno de innumerables animálculos rastreros. Publicó su Scrutinium Pestis (Examen de la peste) en 1658, afirmando correctamente que la enfermedad era causada por microbios, aunque lo que vio fueron probablemente glóbulos rojos o blancos en lugar del agente de la peste en sí. [16]
El campo de la bacteriología (más tarde una subdisciplina de la microbiología) fue fundado en el siglo XIX por Ferdinand Cohn , un botánico cuyos estudios sobre algas y bacterias fotosintéticas lo llevaron a describir varias bacterias, incluidas Bacillus y Beggiatoa . Cohn también fue el primero en formular un esquema para la clasificación taxonómica de las bacterias y en descubrir las endosporas . [17] Louis Pasteur y Robert Koch fueron contemporáneos de Cohn y, a menudo, se los considera los padres de la microbiología moderna [16] y la microbiología médica , respectivamente. [18] Pasteur es más famoso por su serie de experimentos diseñados para refutar la teoría, entonces ampliamente aceptada, de la generación espontánea , solidificando así la identidad de la microbiología como ciencia biológica. [19] Uno de sus estudiantes, Adrien Certes, es considerado el fundador de la microbiología marina. [20] Pasteur también diseñó métodos para la conservación de alimentos ( pasteurización ) y vacunas contra varias enfermedades como el ántrax , el cólera aviar y la rabia . [2] Koch es mejor conocido por sus contribuciones a la teoría de los gérmenes de la enfermedad , demostrando que enfermedades específicas eran causadas por microorganismos patógenos específicos. Desarrolló una serie de criterios que se han conocido como los postulados de Koch . Koch fue uno de los primeros científicos en centrarse en el aislamiento de bacterias en cultivo puro, lo que resultó en su descripción de varias bacterias nuevas, incluida Mycobacterium tuberculosis , el agente causante de la tuberculosis . [2]
Aunque Pasteur y Koch suelen ser considerados los fundadores de la microbiología, su trabajo no reflejó con precisión la verdadera diversidad del mundo microbiano debido a su enfoque exclusivo en microorganismos que tienen relevancia médica directa. No fue hasta finales del siglo XIX y el trabajo de Martinus Beijerinck y Sergei Winogradsky que se reveló la verdadera amplitud de la microbiología. [2] Beijerinck hizo dos contribuciones importantes a la microbiología: el descubrimiento de los virus y el desarrollo de técnicas de cultivo de enriquecimiento . [21] Si bien su trabajo sobre el virus del mosaico del tabaco estableció los principios básicos de la virología, fue su desarrollo del cultivo de enriquecimiento lo que tuvo el impacto más inmediato en la microbiología al permitir el cultivo de una amplia gama de microbios con fisiologías muy diferentes. Winogradsky fue el primero en desarrollar el concepto de quimiolitotrofia y, por lo tanto, revelar el papel esencial que desempeñan los microorganismos en los procesos geoquímicos. [22] Fue responsable del primer aislamiento y descripción de bacterias nitrificantes y fijadoras de nitrógeno . [2] El microbiólogo franco-canadiense Félix d'Herelle fue codescubridor de los bacteriófagos en 1917 y fue uno de los primeros microbiólogos aplicados. [23]
Joseph Lister fue el primero en utilizar desinfectante de fenol en las heridas abiertas de los pacientes. [24]
Las ramas de la microbiología se pueden clasificar en ciencias aplicadas o dividir según la taxonomía, como es el caso de la bacteriología , la micología , la protozoología , la virología , la ficología y la ecología microbiana . Existe una superposición considerable entre las ramas específicas de la microbiología entre sí y con otras disciplinas, y ciertos aspectos de estas ramas pueden extenderse más allá del alcance tradicional de la microbiología [25] [26] Una rama de investigación pura de la microbiología se denomina microbiología celular .
Aunque algunas personas tienen miedo a los microbios debido a la asociación de algunos microbios con varias enfermedades humanas, muchos microbios también son responsables de numerosos procesos beneficiosos como la fermentación industrial (por ejemplo, la producción de alcohol , vinagre y productos lácteos ), la producción de antibióticos puede actuar como vehículos moleculares para transferir ADN a organismos complejos como plantas y animales. Los científicos también han explotado su conocimiento de los microbios para producir enzimas biotecnológicamente importantes como la Taq polimerasa , [27] genes reporteros para su uso en otros sistemas genéticos y nuevas técnicas de biología molecular como el sistema de dos híbridos de levadura . [28]
Las bacterias se pueden utilizar para la producción industrial de aminoácidos , ácidos orgánicos , vitaminas , proteínas , antibióticos y otros metabolitos de uso comercial que son producidos por microorganismos. Corynebacterium glutamicum es una de las especies bacterianas más importantes con una producción anual de más de dos millones de toneladas de aminoácidos, principalmente L-glutamato y L-lisina. [29] Dado que algunas bacterias tienen la capacidad de sintetizar antibióticos, se utilizan con fines medicinales, como Streptomyces para fabricar antibióticos aminoglucósidos . [30]
Los microorganismos producen una variedad de biopolímeros , como polisacáridos , poliésteres y poliamidas . Los microorganismos se utilizan para la producción biotecnológica de biopolímeros con propiedades personalizadas adecuadas para aplicaciones médicas de alto valor, como ingeniería de tejidos y administración de fármacos. Los microorganismos se utilizan, por ejemplo, para la biosíntesis de xantano , alginato , celulosa , cianoficina , poli(ácido gamma-glutámico), levano , ácido hialurónico , ácidos orgánicos, oligosacáridos , polisacáridos y polihidroxialcanoatos. [31]
Los microorganismos son beneficiosos para la biodegradación microbiana o la biorremediación de desechos domésticos, agrícolas e industriales y la contaminación del subsuelo , los sedimentos y los ambientes marinos. La capacidad de cada microorganismo para degradar los desechos tóxicos depende de la naturaleza de cada contaminante . Dado que los sitios suelen tener múltiples tipos de contaminantes, el enfoque más eficaz para la biodegradación microbiana es utilizar una mezcla de especies y cepas bacterianas y fúngicas, cada una específica para la biodegradación de uno o más tipos de contaminantes. [32]
Las comunidades microbianas simbióticas aportan beneficios a la salud de sus huéspedes humanos y animales, como por ejemplo, favorecen la digestión, producen vitaminas y aminoácidos beneficiosos y suprimen los microbios patógenos. Algunos beneficios pueden obtenerse consumiendo alimentos fermentados, probióticos (bacterias potencialmente beneficiosas para el sistema digestivo) o prebióticos (sustancias consumidas para promover el crecimiento de microorganismos probióticos). [33] [34] Las formas en que el microbioma influye en la salud humana y animal, así como los métodos para influir en el microbioma, son áreas de investigación activa. [35]
Las investigaciones han sugerido que los microorganismos podrían ser útiles en el tratamiento del cáncer . Varias cepas de clostridios no patógenos pueden infiltrarse y replicarse dentro de tumores sólidos . Los vectores clostridiales se pueden administrar de forma segura y su potencial para administrar proteínas terapéuticas se ha demostrado en una variedad de modelos preclínicos. [36]
Algunas bacterias se utilizan para estudiar mecanismos fundamentales. Un ejemplo de bacteria modelo utilizada para estudiar la motilidad [37] o la producción de polisacáridos y el desarrollo es Myxococcus xanthus . [38]
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