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Microorganismo

Un grupo de bacterias Escherichia coli ampliado 10.000 veces

Un microorganismo , o microbio , [a] es un organismo de tamaño microscópico , que puede existir en su forma unicelular o como una colonia de células .

La posible existencia de vida microbiana invisible se sospechaba desde la antigüedad, como en las escrituras jainistas del siglo VI a.C. en la India. El estudio científico de los microorganismos comenzó con su observación bajo el microscopio en la década de 1670 por Anton van Leeuwenhoek . En la década de 1850, Louis Pasteur descubrió que los microorganismos provocaban el deterioro de los alimentos , desacreditando la teoría de la generación espontánea . En la década de 1880, Robert Koch descubrió que los microorganismos causaban las enfermedades tuberculosis , cólera , difteria y ántrax .

Debido a que los microorganismos incluyen la mayoría de los organismos unicelulares de los tres dominios de la vida, pueden ser extremadamente diversos. Dos de los tres dominios, Archaea y Bacteria , sólo contienen microorganismos. El tercer dominio Eukaryota incluye todos los organismos multicelulares , así como muchos protistas y protozoos unicelulares que son microbios. Algunos protistas están relacionados con animales y otros con plantas verdes . También hay muchos organismos multicelulares que son microscópicos, a saber, microanimales , algunos hongos y algunas algas , pero generalmente no se consideran microorganismos. [ Se necesita más explicación ]

Los microorganismos pueden tener hábitats muy diferentes y vivir en todas partes, desde los polos hasta el ecuador , los desiertos , los géiseres , las rocas y las profundidades del mar . Algunos están adaptados a condiciones extremas como mucho calor o mucho frío , otros a alta presión , y unos pocos, como Deinococcus radiodurans , a ambientes de alta radiación . Los microorganismos también constituyen la microbiota que se encuentra dentro y sobre todos los organismos multicelulares. Existe evidencia de que rocas australianas de 3.450 millones de años alguna vez contuvieron microorganismos, la evidencia directa más temprana de vida en la Tierra. [1] [2]

Los microbios son importantes en la cultura y la salud humanas de muchas maneras, ya que sirven para fermentar alimentos y tratar aguas residuales , y para producir combustible , enzimas y otros compuestos bioactivos . Los microbios son herramientas esenciales en biología como organismos modelo y se han utilizado en la guerra biológica y el bioterrorismo . Los microbios son un componente vital del suelo fértil . En el cuerpo humano , los microorganismos constituyen la microbiota humana , incluida la flora intestinal esencial . Los patógenos responsables de muchas enfermedades infecciosas son los microbios y, como tales, son el objetivo de las medidas de higiene .

Descubrimiento

Precursores antiguos

Mahavira postuló la existencia de criaturas microscópicas en el siglo VI a.C.
Antonie van Leeuwenhoek fue el primero en estudiar los organismos microscópicos.
Lazzaro Spallanzani demostró que hervir un caldo evitaba que se pudriera.

La posible existencia de organismos microscópicos fue discutida durante muchos siglos antes de su descubrimiento en el siglo XVII. Hacia el siglo VI a. C. , los jainistas de la actual India postularon la existencia de organismos diminutos llamados nigodas . [3] Se dice que estos nigodas nacen en grupos; viven en todas partes, incluidos los cuerpos de las plantas, los animales y las personas; y su vida dura sólo una fracción de segundo. [4] Según Mahavira , el predicador número 24 del jainismo, los humanos destruyen estos nigodas a escala masiva, cuando comen, respiran, se sientan y se mueven. [3] Muchos jainistas modernos afirman que las enseñanzas de Mahavira presagian la existencia de microorganismos descubiertos por la ciencia moderna. [5]

La primera idea conocida que indica la posibilidad de que organismos aún no vistos propaguen enfermedades fue la del erudito romano Marco Terencio Varro en un libro del siglo I a.C. titulado Sobre la agricultura , en el que llamó a las criaturas invisibles animalia minuta y advierte contra la localización de una granja. cerca de un pantano: [6]

… y porque se crían ciertas criaturas diminutas que no se pueden ver con los ojos, que flotan en el aire y entran al cuerpo por la boca y la nariz y causan enfermedades graves. [6]

En El canon de la medicina (1020), Avicena sugirió que la tuberculosis y otras enfermedades podrían ser contagiosas. [7] [8]

Moderno temprano

El científico turco Akshamsaddin mencionó el microbio en su obra Maddat ul-Hayat (El material de la vida) unos dos siglos antes del descubrimiento de Antonie van Leeuwenhoek mediante experimentación:

Es incorrecto suponer que las enfermedades aparecen una por una en los humanos. La enfermedad infecta al transmitirse de una persona a otra. Esta infección se produce a través de semillas que son tan pequeñas que no se pueden ver pero están vivas. [9] [10]

En 1546 , Girolamo Fracastoro propuso que las enfermedades epidémicas eran causadas por entidades transferibles parecidas a semillas que podían transmitir infecciones por contacto directo o indirecto, o incluso sin contacto a largas distancias. [11]

Antonie van Leeuwenhoek es considerado uno de los padres de la microbiología . Fue el primero en 1673 en descubrir y realizar experimentos científicos con microorganismos, utilizando microscopios sencillos de una sola lente diseñados por él mismo. [12] [13] [14] [15] Robert Hooke , contemporáneo de Leeuwenhoek, también utilizó la microscopía para observar la vida microbiana en forma de cuerpos fructíferos de mohos . En su libro Micrographia de 1665 , hizo dibujos de estudios y acuñó el término célula . [dieciséis]

Siglo 19

Louis Pasteur demostró que los hallazgos de Spallanzani eran válidos incluso si el aire pudiera entrar a través de un filtro que mantuviera alejadas las partículas.

Louis Pasteur (1822–1895) expuso caldos hervidos al aire, en recipientes que contenían un filtro para evitar que las partículas pasaran al medio de crecimiento , y también en recipientes sin filtro, pero a los que se permitía la entrada de aire a través de un tubo curvo para que el polvo las partículas se asentarían y no entrarían en contacto con el caldo. Al hervir el caldo de antemano, Pasteur se aseguró de que ningún microorganismo sobreviviera dentro de los caldos al comienzo de su experimento. Durante el experimento de Pasteur no creció nada en los caldos. Esto significaba que los organismos vivos que crecían en tales caldos procedían del exterior, como esporas en el polvo, en lugar de generarse espontáneamente dentro del caldo. Así, Pasteur refutó la teoría de la generación espontánea y apoyó la teoría de los gérmenes de la enfermedad . [17]

Robert Koch demostró que los microorganismos causaban enfermedades .

En 1876, Robert Koch (1843-1910) estableció que los microorganismos pueden causar enfermedades. Descubrió que la sangre del ganado infectado con ántrax siempre tenía grandes cantidades de Bacillus anthracis . Koch descubrió que podía transmitir ántrax de un animal a otro tomando una pequeña muestra de sangre del animal infectado e inyectándola en uno sano, y esto causaba que el animal sano enfermara. También descubrió que podía cultivar la bacteria en un caldo nutritivo, luego inyectarla en un animal sano y causarle una enfermedad. Basándose en estos experimentos, ideó criterios para establecer un vínculo causal entre un microorganismo y una enfermedad y estos ahora se conocen como postulados de Koch . [18] Aunque estos postulados no se pueden aplicar en todos los casos, sí conservan una importancia histórica para el desarrollo del pensamiento científico y todavía se utilizan en la actualidad. [19]

El descubrimiento de microorganismos como Euglena que no encajaban ni en el reino animal ni en el vegetal , ya que eran fotosintéticos como las plantas, pero móviles como los animales, llevó a nombrar un tercer reino en la década de 1860. En 1860 John Hogg lo llamó Protoctista, y en 1866 Ernst Haeckel lo llamó Protista . [20] [21] [22]

El trabajo de Pasteur y Koch 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 el trabajo de Martinus Beijerinck y Sergei Winogradsky a finales del siglo XIX que se reveló la verdadera amplitud de la microbiología. [23] Beijerinck hizo dos contribuciones importantes a la microbiología: el descubrimiento de virus y el desarrollo de técnicas de cultivo de enriquecimiento . [24] 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 el que tuvo el impacto más inmediato en la microbiología al permitir el cultivo de una amplia gama de microbios con fisiologías tremendamente diferentes. Winogradsky fue el primero en desarrollar el concepto de quimiolitotrofia y revelar así el papel esencial que desempeñan los microorganismos en los procesos geoquímicos. [25] Fue responsable del primer aislamiento y descripción de bacterias nitrificantes y fijadoras de nitrógeno . [23] El microbiólogo franco-canadiense Felix d'Herelle co-descubrió los bacteriófagos y fue uno de los primeros microbiólogos aplicados. [26]

Clasificación y estructura

Los microorganismos se pueden encontrar casi en cualquier lugar de la Tierra . Las bacterias y las arqueas son casi siempre microscópicas, mientras que varios eucariotas también lo son, incluida la mayoría de los protistas , algunos hongos , así como algunos microanimales y plantas. Generalmente se considera que los virus no son vivos y, por lo tanto, no se consideran microorganismos, aunque un subcampo de la microbiología es la virología , el estudio de los virus. [27] [28] [29]

Evolución

BacteriaArchaeaEukaryotaAquifexThermotogaBacteroides–CytophagaPlanctomyces"Cyanobacteria"ProteobacteriaSpirochetesGram-positivesChloroflexiThermoproteus–PyrodictiumThermococcus celerMethanococcusMethanobacteriumMethanosarcinaHaloarchaeaEntamoebaeSlime moldsAnimalsFungiPlantsCiliatesFlagellatesTrichomonadsMicrosporidiaDiplomonads
El árbol filogenético de Carl Woese de 1990 basado en datos de ARNr muestra los dominios de Bacteria , Archaea y Eukaryota . Todos son microorganismos excepto algunos grupos de eucariotas.

Los microorganismos unicelulares fueron las primeras formas de vida que se desarrollaron en la Tierra, hace aproximadamente 3.500 millones de años . [30] [31] [32] La evolución posterior fue lenta, [33] y durante aproximadamente 3 mil millones de años en el eón Precámbrico (gran parte de la historia de la vida en la Tierra ), todos los organismos eran microorganismos. [34] [35] Se han identificado bacterias, algas y hongos en ámbar que tiene 220 millones de años, lo que demuestra que la morfología de los microorganismos ha cambiado poco desde al menos el período Triásico . [36] Sin embargo, el papel biológico recientemente descubierto que desempeña el níquel , especialmente el provocado por las erupciones volcánicas de las trampas siberianas , puede haber acelerado la evolución de los metanógenos hacia el final del evento de extinción del Pérmico-Triásico . [37]

Los microorganismos tienden a tener una tasa de evolución relativamente rápida. La mayoría de los microorganismos pueden reproducirse rápidamente y las bacterias también pueden intercambiar genes libremente mediante conjugación , transformación y transducción , incluso entre especies muy divergentes. [38] Esta transferencia horizontal de genes , junto con una alta tasa de mutación y otros medios de transformación, permite que los microorganismos evolucionen rápidamente (a través de la selección natural ) para sobrevivir en nuevos entornos y responder al estrés ambiental . Esta rápida evolución es importante en medicina, ya que ha llevado al desarrollo de bacterias patógenas multirresistentes , las superbacterias , que son resistentes a los antibióticos . [39]

En 2012, científicos japoneses descubrieron una posible forma de transición de microorganismo entre un procariota y un eucariota. Parakaryon myojinensis es un microorganismo único más grande que un procariota típico, pero con material nuclear encerrado en una membrana como en un eucariota, y la presencia de endosimbiontes. Se considera que esta es la primera forma evolutiva plausible de microorganismo, que muestra una etapa de desarrollo desde procariota hasta eucariota. [40] [41]

arqueas

Las arqueas son organismos unicelulares procarióticos y forman el primer dominio de la vida en el sistema de tres dominios de Carl Woese . Un procariota se define como aquel que no tiene núcleo celular ni otros orgánulos unidos a una membrana . Las arqueas comparten esta característica definitoria con las bacterias con las que alguna vez estuvieron agrupadas. En 1990, el microbiólogo Woese propuso el sistema de tres dominios que dividía los seres vivos en bacterias, arqueas y eucariotas [42] y, por tanto, dividía el dominio procariota.

Las arqueas se diferencian de las bacterias tanto en su genética como en su bioquímica. Por ejemplo, mientras que las membranas de las células bacterianas están hechas de fosfoglicéridos con enlaces éster , las membranas arcaicas están hechas de lípidos etéreos . [43] Las arqueas fueron descritas originalmente como extremófilos que vivían en ambientes extremos , como aguas termales , pero desde entonces se han encontrado en todo tipo de hábitats . [44] Recién ahora los científicos están comenzando a darse cuenta de cuán comunes son las arqueas en el medio ambiente, siendo Thermoproteota (anteriormente Crenarchaeota) la forma de vida más común en el océano, dominando ecosistemas por debajo de los 150 metros (490 pies) de profundidad. [45] [46] Estos organismos también son comunes en el suelo y desempeñan un papel vital en la oxidación del amoníaco . [47]

Los dominios combinados de arqueas y bacterias constituyen el grupo de organismos más diverso y abundante de la Tierra y habitan prácticamente en todos los ambientes donde la temperatura es inferior a +140 °C (284 °F). Se encuentran en el agua , el suelo , el aire , como microbioma de un organismo, en fuentes termales e incluso en las rocas profundas debajo de la corteza terrestre . [48] ​​Se estima que el número de procariotas es de alrededor de cinco nomillones, o 5 × 10 30 , lo que representa al menos la mitad de la biomasa de la Tierra. [49]

Se desconoce la biodiversidad de los procariotas, pero puede ser muy grande. Una estimación de mayo de 2016, basada en leyes de escala de números conocidos de especies en comparación con el tamaño del organismo, da una estimación de quizás 1 billón de especies en el planeta, de las cuales la mayoría serían microorganismos. Actualmente, sólo se ha descrito una milésima parte del uno por ciento de ese total. [50] Las células Archael de algunas especies se agregan y transfieren ADN de una célula a otra mediante contacto directo, particularmente en condiciones ambientales estresantes que causan daño al ADN . [51] [52]

bacterias

La bacteria Staphylococcus aureus magnificada aproximadamente 10.000x

Al igual que las arqueas, las bacterias son procarióticas: unicelulares y no tienen núcleo celular ni otros orgánulos unidos a membranas. Las bacterias son microscópicas, con algunas excepciones extremadamente raras, como la Thiomargarita namibiensis . [53] Las bacterias funcionan y se reproducen como células individuales, pero a menudo pueden agregarse en colonias multicelulares . [54] Algunas especies, como las mixobacterias , pueden agregarse en estructuras complejas en enjambre , operando como grupos multicelulares como parte de su ciclo de vida , [55] o formar grupos en colonias bacterianas como E. coli .

Su genoma suele ser un cromosoma bacteriano circular : un único bucle de ADN , aunque también pueden albergar pequeños fragmentos de ADN llamados plásmidos . Estos plásmidos pueden transferirse entre células mediante conjugación bacteriana . Las bacterias tienen una pared celular envolvente , que proporciona resistencia y rigidez a sus células. Se reproducen por fisión binaria o, a veces, por gemación , pero no sufren reproducción sexual meiótica . Sin embargo, muchas especies bacterianas pueden transferir ADN entre células individuales mediante un proceso de transferencia genética horizontal denominado transformación natural . [56] Algunas especies forman esporas extraordinariamente resistentes , pero para las bacterias este es un mecanismo de supervivencia, no de reproducción. En condiciones óptimas, las bacterias pueden crecer extremadamente rápido y su número puede duplicarse cada 20 minutos. [57]

Eucariotas

La mayoría de los seres vivos visibles a simple vista en su forma adulta son eucariotas , incluidos los humanos . Sin embargo, muchos eucariotas también son microorganismos. A diferencia de las bacterias y las arqueas , los eucariotas contienen orgánulos como el núcleo celular , el aparato de Golgi y las mitocondrias en sus células . El núcleo es un orgánulo que alberga el ADN que forma el genoma de una célula. El propio ADN (ácido desoxirribonucleico) está organizado en cromosomas complejos . [58] Las mitocondrias son orgánulos vitales en el metabolismo , ya que son el sitio del ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa . Evolucionaron a partir de bacterias simbióticas y conservan un genoma remanente. [59] Al igual que las bacterias, las células vegetales tienen paredes celulares y contienen orgánulos como los cloroplastos , además de los orgánulos de otros eucariotas. Los cloroplastos producen energía a partir de la luz mediante la fotosíntesis y originalmente también eran bacterias simbióticas . [59]

Los eucariotas unicelulares están formados por una única célula durante todo su ciclo de vida. Esta calificación es importante ya que la mayoría de los eucariotas multicelulares constan de una sola célula llamada cigoto sólo al comienzo de sus ciclos de vida. Los eucariotas microbianos pueden ser haploides o diploides , y algunos organismos tienen múltiples núcleos celulares . [60]

Los eucariotas unicelulares suelen reproducirse asexualmente por mitosis en condiciones favorables. Sin embargo, bajo condiciones estresantes como limitaciones de nutrientes y otras condiciones asociadas con daños en el ADN, tienden a reproducirse sexualmente por meiosis y singamia . [61]

Protistas

Euglena mutabilis , un flagelado fotosintético

De los grupos eucariotas , los protistas suelen ser unicelulares y microscópicos. Se trata de un grupo de organismos muy diverso que no es fácil de clasificar. [62] [63] Varias especies de algas son protistas multicelulares y los mohos limosos tienen ciclos de vida únicos que implican el cambio entre formas unicelulares, coloniales y multicelulares. [64] Se desconoce el número de especies de protistas ya que sólo se ha identificado una pequeña proporción. La diversidad de protistas es alta en océanos, respiraderos marinos profundos, sedimentos de ríos y un río ácido, lo que sugiere que aún se pueden descubrir muchas comunidades microbianas eucariotas. [65] [66]

Hongos

Los hongos tienen varias especies unicelulares, como la levadura de panadería ( Saccharomyces cerevisiae ) y la levadura de fisión ( Schizosaccharomyces pombe ). Algunos hongos, como la levadura patógena Candida albicans , pueden sufrir un cambio fenotípico y crecer como células individuales en algunos entornos y como hifas filamentosas en otros. [67]

Plantas

Las algas verdes son un gran grupo de eucariotas fotosintéticos que incluyen muchos organismos microscópicos. Aunque algunas algas verdes se clasifican como protistas , otras como las charophyta se clasifican con plantas embriofitas , que son el grupo más familiar de plantas terrestres. Las algas pueden crecer como células individuales o en largas cadenas de células. Las algas verdes incluyen flagelados unicelulares y coloniales , generalmente pero no siempre con dos flagelos por célula, así como diversas formas coloniales, cocoides y filamentosas. En los Charales , que son las algas más estrechamente relacionadas con las plantas superiores, las células se diferencian en varios tejidos distintos dentro del organismo. Hay alrededor de 6000 especies de algas verdes. [68]

Ecología

Los microorganismos se encuentran en casi todos los hábitats presentes en la naturaleza, incluidos ambientes hostiles como los polos norte y sur , desiertos , géiseres y rocas . También incluyen todos los microorganismos marinos de los océanos y aguas profundas . Algunos tipos de microorganismos se han adaptado a ambientes extremos y colonias sostenidas; estos organismos se conocen como extremófilos . Se han aislado extremófilos de rocas hasta a 7 kilómetros debajo de la superficie de la Tierra, [69] y se ha sugerido que la cantidad de organismos que viven debajo de la superficie de la Tierra es comparable con la cantidad de vida sobre o sobre la superficie. [48] ​​Se sabe que los extremófilos sobreviven durante un tiempo prolongado en el vacío y pueden ser muy resistentes a la radiación , lo que incluso puede permitirles sobrevivir en el espacio. [70] Muchos tipos de microorganismos tienen relaciones simbióticas íntimas con otros organismos más grandes; algunos de los cuales son mutuamente beneficiosos ( mutualismo ), mientras que otros pueden resultar perjudiciales para el organismo huésped ( parasitismo ). Si los microorganismos pueden causar enfermedades en un huésped, se les conoce como patógenos y luego, a veces, se les llama microbios . Los microorganismos desempeñan funciones fundamentales en los ciclos biogeoquímicos de la Tierra , ya que son responsables de la descomposición y la fijación de nitrógeno . [71]

Las bacterias utilizan redes reguladoras que les permiten adaptarse a casi todos los nichos ambientales del planeta. [72] [73] Las bacterias utilizan una red de interacciones entre diversos tipos de moléculas, incluidos ADN, ARN, proteínas y metabolitos, para lograr la regulación de la expresión genética . En las bacterias, la función principal de las redes reguladoras es controlar la respuesta a los cambios ambientales, por ejemplo, el estado nutricional y el estrés ambiental. [74] Una organización compleja de redes permite al microorganismo coordinar e integrar múltiples señales ambientales. [72]

Extremófilos

Una tétrada de Deinococcus radiodurans , una bacteria extremófila radiorresistente

Los extremófilos son microorganismos que se han adaptado para poder sobrevivir e incluso prosperar en ambientes extremos que normalmente son fatales para la mayoría de las formas de vida. Los termófilos e hipertermófilos prosperan en altas temperaturas . Los psicrófilos prosperan en temperaturas extremadamente bajas. – Temperaturas tan altas como 130 °C (266 °F), [75] tan bajas como -17 °C (1 °F) [76] Los halófilos como Halobacterium salinarum (un arcaico) prosperan en condiciones de alto contenido de sal , hasta la saturación . [77] Los alcalófilos prosperan en un pH alcalino de aproximadamente 8,5 a 11. [78] Los acidófilos pueden prosperar en un pH de 2,0 o menos. [79] Los piezófilos prosperan a presiones muy altas : hasta 1000-2000 atm , hasta 0 atm como en el vacío del espacio . [b] Algunos extremófilos como Deinococcus radiodurans son radiorresistentes , [81] resistiendo la exposición a radiación de hasta 5k Gy . Los extremófilos son importantes de diferentes maneras. Extienden la vida terrestre a gran parte de la hidrosfera , la corteza y la atmósfera de la Tierra , sus mecanismos evolutivos específicos de adaptación a su entorno extremo pueden explotarse en biotecnología y su mera existencia en condiciones tan extremas aumenta el potencial de vida extraterrestre . [82]

Plantas y suelo

El ciclo del nitrógeno en los suelos depende de la fijación del nitrógeno atmosférico . Esto lo logran varios diazótrofos . Una forma en que esto puede ocurrir es en los nódulos de las raíces de las leguminosas que contienen bacterias simbióticas de los géneros Rhizobium , Mesorhizobium , Sinorhizobium , Bradyrhizobium y Azorhizobium . [83]

Las raíces de las plantas crean una región estrecha conocida como rizosfera que sustenta muchos microorganismos conocidos como microbioma de la raíz . [84]

Estos microorganismos en el microbioma de la raíz pueden interactuar entre sí y con las plantas circundantes a través de señales y señales. Por ejemplo, los hongos micorrízicos pueden comunicarse con los sistemas de raíces de muchas plantas a través de señales químicas entre la planta y los hongos . Esto da como resultado una simbiosis mutualista entre los dos. Sin embargo, estas señales pueden ser escuchadas por otros microorganismos, como la bacteria del suelo , Myxococcus xanthus , que se alimenta de otras bacterias. Las escuchas ilegales o la interceptación de señales de receptores no deseados, como plantas y microorganismos, pueden tener consecuencias evolutivas a gran escala. Por ejemplo, los pares señalizador-receptor, al igual que los pares planta-microorganismo, pueden perder la capacidad de comunicarse con poblaciones vecinas debido a la variabilidad de los espías. Al adaptarse para evitar los espías locales, podría producirse una divergencia de señales y, por tanto, provocar el aislamiento de plantas y microorganismos de la incapacidad de comunicarse con otras poblaciones. [85]

Simbiosis

La cianobacteria fotosintética Hyella caespitosa (formas redondas) con hifas fúngicas (hilos translúcidos) en el liquen Pyrenocollema halodytes

Un liquen es una simbiosis de un hongo macroscópico con algas microbianas fotosintéticas o cianobacterias . [86] [87]

Aplicaciones

Los microorganismos son útiles para producir alimentos, tratar aguas residuales, crear biocombustibles y una amplia gama de productos químicos y enzimas. Son invaluables en la investigación como organismos modelo . Han sido convertidos en armas y, en ocasiones, utilizados en guerras y bioterrorismo . Son vitales para la agricultura debido a su papel en el mantenimiento de la fertilidad del suelo y en la descomposición de la materia orgánica.

La producción de alimentos

Los microorganismos se utilizan en un proceso de fermentación para elaborar yogur , queso , cuajada , kéfir , ayran , xynogala y otros tipos de alimentos. Los cultivos de fermentación proporcionan sabor y aroma e inhiben organismos indeseables. [88] Se utilizan para leudar el pan y para convertir los azúcares en alcohol en el vino y la cerveza . Los microorganismos se utilizan en la elaboración de cerveza , vino , horneado , encurtido y otros procesos de elaboración de alimentos . [89]

Tratamiento de aguas

Las plantas de tratamiento de aguas residuales dependen en gran medida de microorganismos para oxidar la materia orgánica.

Su capacidad para limpiar el agua contaminada con materia orgánica depende de microorganismos que pueden respirar sustancias disueltas. La respiración puede ser aeróbica, con un lecho filtrante bien oxigenado, como un filtro lento de arena . [90] La digestión anaeróbica por metanógenos genera gas metano útil como subproducto. [91]

Energía

Los microorganismos se utilizan en la fermentación para producir etanol , [92] y en reactores de biogás para producir metano . [93] Los científicos están investigando el uso de algas para producir combustibles líquidos , [94] y bacterias para convertir diversas formas de desechos agrícolas y urbanos en combustibles utilizables . [95]

Productos químicos, enzimas.

Los microorganismos se utilizan para producir muchos productos químicos, enzimas y otras moléculas bioactivas comerciales e industriales. Los ácidos orgánicos producidos a gran escala industrial por fermentación microbiana incluyen el ácido acético producido por bacterias del ácido acético como Acetobacter aceti , el ácido butírico elaborado por la bacteria Clostridium butyricum , el ácido láctico elaborado por Lactobacillus y otras bacterias del ácido láctico , [96] y el ácido cítrico. producido por el hongo Aspergillus niger . [96]

Los microorganismos se utilizan para preparar moléculas bioactivas como la estreptoquinasa de la bacteria Streptococcus , [97] la ciclosporina A del hongo ascomiceto Tolypocladium inflatum , [98] y las estatinas producidas por la levadura Monascus purpureus . [99]

Ciencia

Un recipiente de fermentación de laboratorio.

Los microorganismos son herramientas esenciales en biotecnología , bioquímica , genética y biología molecular . Las levaduras Saccharomyces cerevisiae y Schizosaccharomyces pombe son organismos modelo importantes en la ciencia, ya que son eucariotas simples que pueden crecer rápidamente en grandes cantidades y son fácilmente manipulables. [100] Son particularmente valiosos en genética , genómica y proteómica . [101] [102] Los microorganismos se pueden aprovechar para usos como la creación de esteroides y el tratamiento de enfermedades de la piel. Los científicos también están considerando el uso de microorganismos como células de combustible vivas , [103] y como solución a la contaminación. [104]

Guerra

En la Edad Media , como ejemplo temprano de guerra biológica , se arrojaban cadáveres enfermos a los castillos durante los asedios utilizando catapultas u otras máquinas de asedio . Las personas cercanas a los cadáveres estuvieron expuestas al patógeno y era probable que lo transmitieran a otras personas. [105]

En los tiempos modernos, el bioterrorismo ha incluido el ataque bioterrorista de Rajneeshee en 1984 [106] y la liberación de ántrax en 1993 por Aum Shinrikyo en Tokio. [107]

Suelo

Los microbios pueden poner los nutrientes y minerales del suelo a disposición de las plantas, producir hormonas que estimulan el crecimiento, estimular el sistema inmunológico de las plantas y desencadenar o atenuar las respuestas al estrés. En general, un conjunto más diverso de microbios del suelo da como resultado menos enfermedades de las plantas y mayor rendimiento. [108]

Salud humana

Flora intestinal humana

Los microorganismos pueden formar una relación endosimbiótica con otros organismos más grandes. Por ejemplo, la simbiosis microbiana juega un papel crucial en el sistema inmunológico. Los microorganismos que forman la flora intestinal en el tracto gastrointestinal contribuyen a la inmunidad intestinal, sintetizan vitaminas como el ácido fólico y la biotina y fermentan carbohidratos complejos no digeribles . [109] Algunos microorganismos que se consideran beneficiosos para la salud se denominan probióticos y están disponibles como suplementos dietéticos o aditivos alimentarios . [110]

Enfermedad

El parásito eucariota Plasmodium falciparum (formas puntiagudas de color azul), un agente causante de la malaria , en la sangre humana.

Los microorganismos son los agentes causantes ( patógenos ) de muchas enfermedades infecciosas . Los organismos involucrados incluyen bacterias patógenas , que causan enfermedades como la peste , la tuberculosis y el ántrax ; parásitos protozoarios , que causan enfermedades como la malaria , la enfermedad del sueño , la disentería y la toxoplasmosis ; y también hongos causantes de enfermedades como tiña , candidiasis o histoplasmosis . Sin embargo, otras enfermedades como la gripe , la fiebre amarilla o el SIDA son causadas por virus patógenos , que no suelen clasificarse como organismos vivos y no son, por tanto, microorganismos según la definición estricta. No se conocen ejemplos claros de patógenos arcaicos, [111] aunque se ha propuesto una relación entre la presencia de algunos metanógenos arcaicos y la enfermedad periodontal humana . [112] Numerosos patógenos microbianos son capaces de realizar procesos sexuales que parecen facilitar su supervivencia en su huésped infectado. [113]

Higiene

La higiene es un conjunto de prácticas para evitar infecciones o deterioro de los alimentos mediante la eliminación de microorganismos del entorno. Como los microorganismos, en particular las bacterias , se encuentran prácticamente en todas partes, los microorganismos dañinos pueden reducirse a niveles aceptables en lugar de eliminarse. En la preparación de alimentos, los microorganismos se reducen mediante métodos de conservación como la cocción, la limpieza de los utensilios, períodos cortos de almacenamiento o las bajas temperaturas. Si se necesita una esterilidad total, como ocurre con el equipo quirúrgico, se utiliza un autoclave para matar los microorganismos con calor y presión. [114] [115]

En ficción

Ver también

Notas

  1. ^ La palabra microorganismo ( / ˌ m aɪ k r oʊ ˈ ɔːr ɡ ə n ɪ z əm / ) utiliza formas combinadas de micro- (del griego : μικρός , mikros , "pequeño") y organismo del griego : ὀργανισμός , organismos. , "organismo"). Por lo general, se escribe como una sola palabra, pero a veces se divide con guiones ( microorganismo ), especialmente en textos más antiguos. El sinónimo informal microbio ( / ˈ m aɪ k r oʊ b / ) proviene de μικρός, mikrós, "pequeño" y βίος, bíos, " vida ".
  2. ^ La bacteria piezofílica Halomonas salaria requiere una presión de 1000 atm; Se ha informado que se han encontrado nanobios , un organismo especulativo, en la corteza terrestre a 2.000 atm. [80]

Referencias

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