Curso de Microbiología
General
de Enrique
Iáñez |
CONCEPTO
E HISTORIA DE LA MICROBIOLOGÍA
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exploración
[ Principal ] [ Arriba ] [ Concepto e historia de la Microbiología ] [ Los microorganismos en el mundo vivo ] [ La célula procariota ] [ Curso de Microbiología General ] [ Biosíntesis y crecimiento de la pared celular ] [ Membrana citoplasmática y transporte de nutrientes ] [ Inclusiones citoplasmáticas ] [ Cuerpos nucleares. El genóforo bacteriano ] [ Expresión genética y exportación de proteínas ] [ Flagelos, fimbrias, prostecas ] [ Endosporas y otras diferenciaciones ] [ Crecimiento y division celular ] [ Crecimiento de poblaciones bacterianas ] [ Metabolismo energético bacteriano ] [ Desinfectantes y antisépticos ] [ Quimioterápicos y antibióticos ] [ Resistencia bacteriana a los antibióticos ] [ Regulación genética en las bacterias ] [ Mutación y supresión en bacterias ] [ Recombinación ] [ Transformación ] [ Transducción ] [ Conjugación bacteriana ] [ BIBLIOGRAFÍA DE MICROBIOLOGÍA GENERAL ]
CONTENIDOS:
Objetivos
-
Conocer los objetos de estudio de la
Microbiología.
-
Reconocer los principales aportes que contribuyeron
al surgimiento de esta ciencia.
-
Obtener una visión general de la materia.
-
Introducir conceptos utilizando el glosario.
1 INTRODUCCIÓN AL CONCEPTO Y CONTENIDO DE LA
MICROBIOLOGÍA
La Microbiología se puede definir, sobre la base de su etimología, como la
ciencia que trata de los seres vivos muy pequeños, concretamente de aquellos
cuyo tamaño se encuentra por debajo del poder resolutivo del ojo humano. Esto
hace que el objeto de esta disciplina venga determinado por la metodología
apropiada para poner en evidencia, y poder estudiar, a los microorganismos.
Precisamente, el origen tardío de la Microbiología con relación a otras ciencias
biológicas, y el reconocimiento de las múltiples actividades desplegadas por los
microorganismos, hay que atribuirlos a la carencia, durante mucho tiempo, de los
instrumentos y técnicas pertinentes. Con la invención del microscopio en el
siglo XVII comienza el lento despegue de una nueva rama del conocimiento,
inexistente hasta entonces. Durante los siguientes 150 años su progreso se
limitó casi a una mera descripción de tipos morfológicos
microbianos, y a los
primeros intentos taxonómicos, que buscaron su encuadramiento en el marco de los
"sistemas naturales" de los Reinos Animal y Vegetal.
El asentamiento de la Microbiología como ciencia está estrechamente ligado a
una serie de controversias seculares (con sus numerosas filtraciones de la
filosofía e incluso de la religión de la época), que se prolongaron hasta
finales del siglo XIX. La resolución de estas polémicas dependió del desarrollo
de una serie de estrategias experimentales fiables (esterilización, cultivos
puros, perfeccionamiento de las técnicas microscópicas, etc.), que a su vez
dieron nacimiento a un cuerpo coherente de conocimientos que constitituyó el
núcleo aglutinador de la ciencia microbiológica. El reconocimiento del origen
microbiano de las fermentaciones, el definitivo abandono de la idea de la
generación espontánea, y el triunfo de la teoría germinal de la enfermedad,
representan las conquistas definitivas que dan carta de naturaleza a la joven
Microbiología en el cambio de siglo.
Tras la Edad de Oro de la Bacteriología, inaugurada por las grandes figuras
de Pasteur
y Koch, la Microbiología quedó durante cierto tiempo como una
disciplina descriptiva y aplicada, estrechamente imbricada con la Medicina, y
con un desarrollo paralelo al de la Química, que le aportaría varios avances
metodológicos fundamentales. Sin embargo, una corriente, en principio
minoritaria, dedicada a los estudios básicos centrados con ciertas bacterias del
suelo poseedoras de capacidades metabólicas especiales, incluyendo el
descubrimiento de las que afectan a la nutrición de las plantas, logró hacer ver
la ubicuidad ecológica y la extrema diversidad fisiológica de los
microorganismos. De esta forma, se establecía una cabeza de puente entre la
Microbiología y otras ciencias biológicas, que llegó a su momento decisivo
cuando se comprobó la unidad química de todo el mundo vivo, y se demostró, con
material y técnicas microbiológicas que la molécula de la herencia era el ADN.
Con ello se asiste a un íntimo y fértil intercambio entre la Microbiología, la
Genética y la Bioquímica, que se plasma en el nacimiento de la Biología
Molecular, base del espectacular auge de la Biología desde mediados de este
siglo.
Por otro lado, el "programa" inicial de la Microbiología (búsqueda de agentes
infectivos, desentrañamiento y aprovechamiento de los mecanismos de defensa del
hospedador) condujeron a la creación de ciencias subsidiarias (Virología,
Inmunología) que finalmente adquirieron su mayoría de edad y una acentuada
autonomía.
Por último, la vertiente aplicada que estuvo en la base de la creación de la
Microbiología, mantuvo su vigencia, enriquecida por continuos aportes de la
investigación básica, y hoy muestra una impresionante "hoja de servicios" y una
no menos prometedora perspectiva de expansión a múltiples campos de la actividad
humana, desde el control de enfermedades infecciosas (higiene, vacunación,
quimioterapia, antibioterapia) hasta el aprovechamiento económico racional de
los múltiples procesos en los que se hallan implicados los microorganismos (biotecnologías).
Así pues, la sencilla definición con la que se abrió este apartado, escondía
todo un cúmulo de contenidos y objetos de indagación, todos emanados de una
peculiar manera de aproximarse a la porción de realidad que la Microbiología
tiene encomendada. En las próximas páginas ampliaremos y concretaremos el
concepto al que hemos hecho rápida referencia. Realizaremos un recorrido por su
el desarrollo de la Microbiología a lo largo de su historia, que nos permitirá
una visión concreta de algunos de sus característicos modos de abordar su objeto
de estudio; finalmente, estaremos en disposición de definir este último,
desglosado como objeto material y formal.
2 DESARROLLO HISTÓRICO DE LA
MICROBIOLOGÍA.
La Microbiología, considerada como una ciencia especializada, no aparece
hasta finales del siglo XIX, como consecuencia de la confluencia de una serie de
progresos metodológicos que se habían empezado a incubar lentamente en los
siglos anteriores, y que obligaron a una revisión de ideas y prejuicios
seculares sobre la dinámica del mundo vivo.
Siguiendo el ya clásico esquema de Collard (l976), podemos distinguir cuatro
etapas o periodos en el desarrollo de la Microbiología:
-
Primer periodo, eminentemente especulativo, que se extiende desde la
antigüedad hasta llegar a los primeros microscopistas.
-
Segundo periodo, de lenta acumulación de observaciones (desde l675
aproximadamente hasta la mitad del siglo XIX), que arranca con el
descubrimiento de los microorganismos por Leeuwenhoek (l675).
-
Tercer periodo, de cultivo de microorganismos, que llega hasta finales del
siglo XIX, donde las figuras de Pasteur y Koch encabezan el logro de
cristalizar a la Microbiología como ciencia experimental bien asentada.
-
Cuarto periodo (desde principios del siglo XX hasta nuestros días), en el
que los microorganismos se estudian en toda su complejidad fisiológica,
bioquímica, genética, ecológica, etc., y que supone un extraordinario
crecimiento de la Microbiología, el surgimiento de disciplinas microbiológicas
especializadas (Virología, Inmunología, etc), y la estrecha imbricación de las
ciencias microbiológicas en el marco general de las Ciencias Biológicas. A
continuación se realiza un breve recorrido histórico de la disciplina
microbiológica, desglosando los períodos 3º y 4º en varios apartados
temáticos.
2.1 PERIODO PREVIO AL DESCUBRIMIENTO DEL
MICROSCOPIO
Si bien el descubrimiento efectivo de seres vivos no visibles a simple vista
debió aguardar hasta el último tercio del siglo XVII, sus actividades son
conocidas por la humanidad desde muy antiguo, tanto las beneficiosas,
representadas por las fermentaciones implicadas en la producción de bebidas
alcohólicas, pan y productos lácteos, como las perjudiciales, en forma de
enfermedades infecciosas.
Diversas fuentes escritas de la antigüedad griega y romana hablan de gérmenes
invisibles que transmiten enfermedades contagiosas. Lucrecio (96-55 a.C.), en su
"De rerum natura" hace varias alusiones a "semillas de enfermedad". En el
Renacimiento europeo, Girolamo Frascatorius, en su libro "De contagione et
contagionis" (1546) dice que las enfermedades contagiosas se deben a
"gérmenes vivos" que pasan de diversas maneras de un individuo a otro. Estos
inicios de explicación que renunciaban a invocar causas sobrenaturales fueron
probablemente catalizados por la introducción en Europa de la sífilis, una
enfermedad en la que estaba clara la necesidad de contacto para su contagio.
Pero la "cosa" que se transmite en la enfermedad siguió siendo objeto de
conjeturas durante mucho tiempo.
Ya en el siglo XIV, con la invención de las primeras lentes para corregir la
visión, surgió una cierta curiosidad sobre su capacidad de aumentar el tamaño
aparente de los objetos. En el siglo XVI surgieron algunas ideas sobre aspectos
de la física óptica de las lentes de aumento, pero no encontraron una aplicación
inmediata. Se dice que Galileo hizo algunas observaciones "microscópicas"
invirtiendo su telescopio a partir de lentes montadas en un tubo, pero en
cualquier caso está claro que no tuvieron ninguna repercusión.
La primera referencia segura sobre el microscopio (1621) se debe a
Constantijn Huygens, quien relata que el inglés Cornelis Drebbel tenía en su
taller un instrumento magnificador, que recibió el nombre de microscopium
en l625, en la Accademia dei Lincei, de Roma.
El descubrimiento de los microorganismos fue obra de un comerciante holandés
de tejidos, Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723), quien en su pasión por pulir y
montar lentes casi esféricas sobre placas de oro, plata o cobre, casi llegó a
descuidar sus negocios. Fabricó unos cuatrocientos microscopios simples, con los
que llegó a obtener aumentos de casi 300 diámetros. En 1675 descubrió que en una
gota de agua de estanque pululaba una asombrosa variedad de pequeñas criaturas a
las que denominó "animálculos". En 1683 descubre las bacterias, por lo que se
considera el "padre de la Microbiología". Durante varias décadas Leeuwenhoek fue
comunicando sus descubrimientos a la Royal Society de Londres a través de una
serie de cartas que se difundieron, en traducción inglesa, en las "Philosophical
Transactions". Sus magníficas dotes de observador le llevaron asimismo a
describir protozoos (como Giardia, que encontró en sus propias heces), la
estructura estriada del músculo, la circulación capilar, a descubrir los
espermatozoides y los glóbulos rojos (por lo que también se le considera el
fundador de la Histología animal), así como a detallar diversos aspectos
estructurales de las semillas y embriones de plantas. Leeuwenhoek se percató de
la abundancia y ubicuidad de sus animálculos, observándolos en vinagre, placa
dental, etc.
Aunque los descubrimientos de Leeuwenhoek despertaron interés al ser
comunicados, pocos intentaron o pudieron reproducirlos seriamente. Además, la
fabricación de lentes sencillas de gran aumento era difícil y el manejo de los
microscopios simples, bastante engorroso.
Simultáneamente el inglés Robert Hooke (1635-1703) usando microscopios
compuestos, describió los hongos filamentosos (1667), y descubrió la estructura
celular de las plantas (Micrographia, 1665), acuñando el término célula.
Pero el trabajo con microscopios compuestos aplicados al estudio de los
"animálculos" languideció durante casi 200 años, debido a sus imperfecciones
ópticas, hasta que hacia 1830 se desarrollaron las lentes acromáticas.
La autoridad intelectual de Aristóteles por un lado, y la autoridad moral
representada por la Biblia, por otro, junto con las opiniones de escritores
clásicos como Galeno, Plinio y Lucrecio, a los que se citaba como referencias
incontrovertibles en la literatura médica en la Edad Media y Renacimiento,
dieron carta de naturaleza a la idea de que algunos seres vivos podían
originarse a partir de materia inanimada, o bien a partir del aire o de
materiales en putrefacción. Esta doctrina de la "generatio spontanea" o
abiogénesis, fue puesta en entredicho por los experimentos de Francesco Redi
(1621-1697), quien había acuñado la expresión "Omne vivum ex ovo" (1668),
tras comprobar que los insectos y nematodos procedían de huevos puestos por
animales adultos de su misma especie. Demostró que si un trozo de carne era
cubierto con gasa de forma que las moscas no podían depositar allí sus huevos,
no aparecían "gusanos", que él correctamente identificó como fases larvarias del
insecto. Los descubrimientos de Redi tuvieron el efecto de desacreditar la
teoría de la generación espontánea para los animales y plantas, pero la
reavivaron respecto de los recién descubiertos "animálculos", de modo que aunque
se aceptó la continuidad de la vida en cuanto a sus formas superiores, no todos
estaban dispuestos a admitir el más amplio "Omne vivum ex vivo" aplicado
a los microorganismos.
Hubo que esperar un siglo más hasta que una serie de naturalistas
recomenzaran el ataque a la teoría preformacionista. Lazzaro Spallanzani
(1729-1799) sostuvo una disputa con J.T. Needham (1713-1781) en la que el
primero demostró que los "infusorios" no aparecían en muestras de maceraciones
animales o vegetales sometidas durante tiempo suficiente a ebullición en frascos
herméticamente cerrados, pero volvían a aparecer si se practicaban agujeros en
el recipiente. Sin embargo los preformacionistas no se daban por vencidos; el
mismo Needham, recogiendo una idea ya expresada por Huygens, amigo de
Leeuwenhoek, replicó -con argumentos vitalistas muy propios de la época- que el
calor había destruido la "fuerza vegetativa" de las infusiones y había cambiado
la "cualidad" del aire dentro de los frascos.
Durante el primer tercio del siglo XIX la doctrina de la arquegénesis o
generación espontánea recibió un último refuerzo antes de morir, debido por un
lado a razones extracientíficas (el auge del concepto de transmutación producido
por la escuela de la filosofía de la naturaleza), y por otro al descubrimiento
del oxígeno y de su importancia para la vida, de modo que los experimentos de
Spallanzani se interpretaron como que al calentarse las infusiones, el oxígeno
del aire se destruía, y por lo tanto desaparecía la "fuerza vegetativa" que
originaba la aparición de microorganismos.
Theodor Schwann (1810-1882) presentó en 1836 un método seguro para refutar la
teoría abiogénica: calentó maceraciones en frascos a los que se había eliminado
previamente el aire, pero no continuó trabajando en esta línea.
Para complicar más las cosas, la publicación de "Sobre el origen de las
especies" por Darwin en 1859, fue utilizada por algunos preformacionistas
para apoyar sus argumentos. El mismo Haeckel, en una fecha tan tardía como 1866,
se mostraba escéptico ante las pruebas aportadas por Pasteur.
Fue, efectivamente Louis Pasteur (1822-1895) el que asestó el golpe
definitivo y zanjó la cuestión a favor de la teoría biogénica. En un informe a
la Académie des Sciences de París, en 1860 ("Expériences rélatives aux
générations dites spontanées") y en escritos posteriores comunica sus
sencillos y elegantes experimentos: calentó infusiones en matraces de vidrio a
los que estiraba lateralmente el cuello, haciéndolo largo, estrecho y sinuoso, y
dejándolo sin cerrar, de modo que el contenido estuviera en contacto con el
aire; tras esta operación demostró que el líquido no desarrollaba
microorganismos, con lo que eliminó la posibilidad de que un "aire alterado"
fuera la causa de la no aparición de gérmenes. Antes bien, comprobó que los
gérmenes del aire quedaban retenidos a su paso por el largo cuello sinuoso, en
las paredes del tubo, y no alcanzaban el interior del recipiente donde se
encontraba la infusión, quedando ésta estéril indefinidamente. Sólo si se rompía
el cuello lateral o si se inclinaba el frasco de modo que pasara parte de
líquido a la porción de cuello, los gérmenes podían contaminar la infusión y
originar un rápido crecimiento.
En 1861 Pasteur publica otro informe en el que explica cómo se pueden
capturar los "cuerpos organizados" del aire con ayuda de un tubo provisto de un
tapón de algodón como filtro, y la manera de recuperarlos para su observación
microscópica. De esta forma quedaba definitivamente aclarado el origen de los
microorganismos, y se abría la Edad de Oro del estudio científico de las formas
de vida no observables a simple vista.
Los últimos escépticos quedaron silenciados cuando en 1877 John Tyndall
(1820-1893) aplicó su sistema de esterilización por calentamiento discontinuo
(hoy conocida precisamente como tindalización), que evidenció la existencia de
formas microbianas de reposo muy resistentes al calor, lo cual fue confirmado
poco más tarde por Ferdinand Cohn al descubrir las esporas bacterianas.
2.4 EL DEBATE SOBRE LOS FERMENTOS
Un segundo factor contribuyente al nacimiento de la ciencia microbiológica
fue el establecimiento de la relación que une ciertas transformaciones químicas
que se dan en las infusiones con el crecimiento de los gérmenes en ellas
existentes. Cagniard-Latour en 1836, y Schwann y Kützing en 1837 habían sugerido
que las levaduras eran las causantes de la fermentación alcohólica por la que el
azúcar pasa a alcohol etílico y dióxido de carbono, pero se encontraron con la
crítica adversa de los grandes químicos de la época (Berzelius, Wohler y
Liebig). Liebig, hacia 1840, había realizado importantes confirmaciones a la
"teoría mineral" sobre la nutrición de las plantas, enfrentándose a la "teoría
del humus" sostenida por Thaer, asestando un golpe a las ideas vitalistas
heredadas de Leibniz. Puesto que se consideraba a las levaduras como plantas
microscópicas, se suponía que los procesos de fermentación y putrefacción se
debían a fenómenos químicos de descomposición y muerte encuadrables en el marco
de la teoría mineral de la fisiología vegetal. Su convencimiento de que toda
actividad vital se podía explicar en términos de química y física retrasó por
algún tiempo la adscripción de estos fenómenos a células vivas.
Fue Pasteur (que, desde sus primeros estudios sobre las propiedades ópticas
de los cristales de tartrato, venía suponiendo que estos compuestos tenían un
orígen orgánico) quien de nuevo intervino en el debate de forma decisiva. En
1857 demostró que los agentes de la fermentación láctica eran microorganismos,
trabajando sobre un problema que había surgido entre los destiladores de Lille
cuando en sus cubas la fermentación alcohólica se vio sustituida por una
indeseable fermentación láctica. Este fue el inicio de una larga serie de
estudios que habría de durar hasta 1876, en los que Pasteur identificó distintos
microorganismos responsables de diferentes clases de procesos fermentativos.
Así, en 1860 adscribe inequívocamente la fermentación alcohólica a ciertos tipos
de levaduras, y en 1866, en sus Études sur le vin resume sus hallazgos al
respecto, inaugurando la Microbiología Aplicada, una de las primeras
derivaciones prácticas no empíricas emanadas de la Biología. A finales del siglo
XIX eminentes biólogos como Hansen, en Copenhague, y Beijerink, en Delft,
desarrollaban su actividad en industrias y destilerías.
Trabajando sobre los agentes de la fermentación butírica, Pasteur descubrió
la presencia de microorganismos que se desarrollaban en ausencia de oxígeno, lo
cual desmentía la creencia de que todas las formas de vida necesitan aire para
crecer. Acuñó los términos aerobiosis y anaerobiosis para denominar,
respectivamente, a la vida en presencia y en ausencia de oxígeno.
Tras el descubrimiento de la anaerobiosis, el mismo Pasteur comprendió las
distintas implicaciones energéticas subyacentes a la utilización de sustratos
orgánicos en presencia y en ausencia de oxígeno, demostrando que, en el segundo
caso el rendimiento (medido como crecimiento microbiano) era siempre menor, al
no poder realizarse la degradación total de las correspondientes sustancias.
Una profundización en los fenómenos de fermentación llegó cuando en 1897
Buchner obtuvo, a partir de levaduras, una preparación enzimática (zimasa) que
era capaz de realizar la misma transformación de "fermentación" que las células
vivas. Este descubrimiento, que evocaba las propuestas de Berzelius y Liebig,
supuso en realidad la confluencia de los enfoques químico y biológico: las
fermentaciones eran procesos químicos catalizados por enzimas presentes dentro
de células vivas, que podían ser estudiados extracelularmente. De esta forma, la
Bioquímica, nacida como una rama de la química fisiológica, que se venía
especializando en la enzimología, encontró una alianza fructífera y duradera con
la joven Microbiología.
2.5 LOS AVANCES TÉCNICOS
La doctrina del pleomorfismo, vigente durante buena parte del siglo XIX,
mantenía que los microorganismos adoptaban formas y funciones cambiantes
dependiendo de las condiciones ambientales. A estas ideas se oponían
frontalmente investigadores como Koch, Pasteur y Cohn, que estaban convencidos
de la especificidad y constancia morfológica y fisiológica de cada tipo de
microorganismo (monomorfismo). El pleomorfismo había surgido como una
explicación a la gran variedad de formas y actividades que aparecían en un
simple frasco de infusión, pero ya Pasteur, en sus estudios sobre la
fermentación, se había percatado de que los cultivos que aparecían podían
considerarse como una sucesión de distintas poblaciones de microorganismos
predominantes, que, a resultas de sus actividades, condicionaban la ulterior
composición de la comunidad microbiana. La solución definitiva a esta cuestión
dependía, de nuevo, de un desarrollo técnico, que a su vez iba a suministrar una
de las herramientas características de la nueva ciencia: los métodos de cultivo
puro.
Los primeros cultivos puros fueron obtenidos por el micólogo Brefeld, quien
logró aislar esporas de hongos y cultivarlas sobre medios sólidos a base de
gelatina. Por su menor tamaño, este método se hacía inviable para las bacterias,
por lo que se recurrió a un método basado en diluciones: Lister, en 1878 realizó
diluciones secuenciales de cultivos mixtos, hasta lograr muestras en las que
existía una sola célula. Pero la técnica era larga y tediosa y, además,
normalmente sólo se lograban aislar células del tipo bacteriano más abundante en
el cultivo original; sin embargo, el experimento sirvió para confirmar la
naturaleza "particulada" de los agentes de las fermentaciones.
Por aquella época Koch buscaba con ahínco métodos más sencillos de cultivo
puro, indispensables para proseguir sus investigaciones sobre bacterias
patógenas. Primero (y quizá de forma un tanto casual) empleó rodajas de patata
como sustrato sólido nutritivo sobre el que se podían desarrollar colonias
macroscópicas de bacterias que presentaban morfología característica, que Koch
interpretó como resultantes del crecimiento a partir de células individuales.
Pero enseguida recurrió a compactar el típico caldo de cultivo a partir de carne
(diseñado por Loeffler) añadiéndole gelatina (1881). El medio sólido así logrado
era transparente, lo que permitía visualizar fácilmente los rasgos coloniales, y
contenía los nutrientes adecuados para el crecimiento de una amplia gama de
bacterias. Éstas eran inoculadas en la superficie del medio con un hilo de
platino pasado previamente por la llama, por la técnica de siembra en estría.
Sin embargo, la gelatina presentaba los inconvenientes de ser atacada por
determinados microorganismos, y de tener un bajo punto de fusión; ambos
problemas se solventaron cuando en 1882 el médico alemán Walter Hesse, siguiendo
una sugerencia de su mujer Fanny, introdujo el agar-agar (polisacárido extraído
de algas rojas) como nuevo agente solidificante. El trabajo de Koch ya citado
tuvo la trascendental consecuencia de derribar las ideas pleomorfistas, y supuso
la primera propuesta del concepto de especie dentro del mundo bacteriano. En
1887 Petri, un ayudante de Koch, sustituyó las engorrosas bandejas de vidrio
cubiertas con campanas, usadas hasta entonces para los cultivos sólidos, por un
sistema manejable de placas de cristal planas, que se conoce como cajas de
Petri.
El desarrollo de los medios selectivos y de enriquecimiento fue una
consecuencia de las investigaciones llevadas a cabo por Beijerinck y Winogradsky
entre 1888 y los primeros años del siglo XX, sobre bacterias implicadas en
procesos biogeoquímicos y poseedoras de características fisiológicas distintivas
(quimioautótrofas, fijadoras de nitrógeno, etc.). Estos medios, donde se aplica
a pequeña escala el principio de selección natural, se diseñan de forma que su
composición química definida favorezca sólo el crecimiento de ciertos tipos
fisiológicos de microorganismos, únicos capaces de usar ciertos nutrientes del
medio.
Otra importante aportación a este "período de cultivo" dentro del desarrollo
de la Microbiología surgió del uso de medios diferenciales, en los que se
manifiesta algún rasgo bioquímico o metabólico, lo que contribuye a la
identificación microbiana. Fue Würtz quien, en 1892, introdujo el uso de
indicadores de pH, incorporados en los medios, lo cual permitía revelar la
producción de acidificaciones por fermentación en ciertas bacterias.
Mientras tanto, en la ciudad de Jena se había creado una atmósfera de
progreso donde confluían grandes naturalistas como Haeckel, Strassburger o Abbé
interaccionando con una pujante editorial especializada en Biología y Medicina
(Gustav Fischer) y con una poderosa industria óptica y química. Estas
influencias recíprocas se plasmaron en numerosos proyectos que reflejaban la
efervescencia de las ciencias naturales tras la estela de Darwin (cfr. Jahn
et al., 1985). Concretamente, la industria óptica de Abbé y Zeiss, que se
mantenía en conexión con la compañía vidriera Schott, pudo satisfacer la
necesidad de Koch de perfeccionar el microscopio compuesto, introduciendo lentes
acromáticas y una iluminación inferior provista de condensador. El mismo Abbé
desarrolló en 1878 el objetivo de inmersión en aceite. Por otro lado, la
industria química BASF, que por aquella época se encontraba en pleno auge de
patentes de nuevos colorantes, sumistró al laboratorio de Koch una serie de
derivados de anilina que teñían las bacterias permitiendo su fácil visualización
al microscopio en frotis de tejidos infectados. En 1875 Carl Weigert tiñó
bacterias con pirocarmín, un colorante que ya venía siendo usado desde hacía
unos años en estudios zoológicos. En años sucesivos se fueron introduciendo el
azul de metileno (Koch, 1877), la fuchsina, y el violeta cristal. En 1882-1883
Ziehl y Neelsen desarrollan su método de ácido-alcohol resistencia para teñir
Mycobacterium tuberculosis. En 1884 el patólogo danés Christian Gram
establece una tinción de contraste que permite distinguir dos tipos bacterianos
en función de sus reacción diferencial de tinción y que, como se vería mucho más
tarde, reflejaba la existencia de dos grupos de bacterias con rasgos
estructurales distintivos. En 1890 Loeffler logra visualizar flagelos
bacterianos por medio de su técnica de impregnación argéntica. Como veremos más
adelante, la misma industria de colorantes alemana previa a la primera guerra
mundial fue decisiva también para los comienzos de la quimioterapia.
Estas innovaciones técnicas (métodos de cultivo, microscopía y tinciones)
fueron fundamentales (junto con los sistemas de esterilización abordados en el
anterior apartado) para la consolidación de la Microbiología como ciencia,
permitiendo eliminar las grandes dosis de especulación que hasta entonces habían
predominado.
2.6 EL PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LAS
ENFERMEDADES.
Durante el siglo XIX la atención de muchos naturalistas se había dirigido
hacia las diversas formas de animales y plantas que vivían como parásitos de
otros organismos. Este interés se redobló tras la publicación de los libros de
Darwin, estudiándose las numerosas adaptaciones evolutivas que los distintos
parásitos habían adquirido en su peculiar estilo de vida. Sin embargo, la
adjudicación de propiedades de parásitos a los microorganismos vino del campo
médico y veterinario, al revalorizarse las ideas sobre el origen germinal de las
enfermedades infecciosas.
En 1835 Agostino Bassi (1773-1856) demostró que cierta enfermedad del gusano
de seda (mal di segno), que había hecho su aparición en Lombardía, se
debía a un hongo (Botrytis bassiana). Cuatro años más tarde J.L.
Schönlein descubrió la asociación de un hongo con una enfermedad humana de la
piel. En 1840 Henle, de la escuela fisiológica de Johannes Müller, planteó la
teoría de que las enfermedades infecciosas están causadas por seres vivos
invisibles, pero de nuevo la confirmación de estas ideas tuvo que esperar a que
la intervención de Pasteur demostrara la existencia de microorganismos
específicos responsables de enfermedades.
Hacia mediados del siglo XIX otra enfermedad infecciosa (pebrina) comenzó a
diseminarse por los criaderos de gusano de seda de toda Europa, alcanzando
finalmente a China y Japón. A instancias de su maestro Jean Baptiste Dumas,
Pasteur aceptó el reto de viajar a la Provenza para investigar esta enfermedad
que estaba dejando en la ruina a los industriales sederos, a pesar de que nunca
hasta entonces se había enfrentado con un problema de patología. Es más que
probable que Pasteur viera aquí la oportunidad de confirmar si sus estudios
previos sobre las fermentaciones podían tener una extensión hacia los procesos
fisiológicos del hombre y de los animales. Es sorprendente que, al principio no
se mostrara dispuesto a aceptar la idea de que la pebrina fuera una enfermedad
ocasionada por un agente extraño, creyendo durante los dos primeros años que se
trataba de alteraciones meramente fisiológicas. Tras una serie de tanteos, y en
medio de una intensa actividad intelectual que le obligaba a repasar
continuamente los experimentos y las conclusiones extraídas, inmerso en el drama
personal de la muerte de su padre y de dos de sus hijas en un corto lapso de
tiempo, Pasteur llega finalmente, en 1869, a identificar al protozoo Nosema
bombycis como el responsable de la epidemia, y por medio de una serie de
medidas de control, ésta comienza a remitir de modo espectacular.
La intervención de bacterias como agentes específicos en la producción de
enfermedades fue descubierta a raíz de una serie de investigaciones sobre el
carbunco o ántrax, enfermedad que afecta a ganado y que puede transmitirse al
hombre. C. Davaine, entre 1863 y 1868, encontró que en la sangre de vacas
afectadas aparecían grandes cantidades de microorganismos a los que llamó
bacteridios; además, logró inducir la enfermedad experimentalmente en
vacas sanas, inoculándoles muestras de sangre infectada. En 1872 el médico
alemán C.J. Eberth consiguió aislar los bacilos filtrando sangre de animales
carbuncosos. Pero fue Robert Koch (1843-1910), que había sido alumno de Henle,
quien con su reciente técnica de cultivo puro logró, en 1876, el primer
aislamiento y propagación in vitro del bacilo del ántrax (Bacillus
anthracis), consiguiendo las primeras microfotografías sobre preparaciones
secas, fijadas y teñidas con azul de metileno. Más tarde (1881), Koch y sus
colaboradores confirmaron que las esporas son formas diferenciadas a partir de
los bacilos, y más resistentes que éstos a una variedad de agentes. Pero más
fundamental fue su demostración de que la enfermedad se podía transmitir
sucesivamente a ratones sanos inoculándoles bacilos en cultivo puro, obtenidos
tras varias transferencias en medios líquidos.
Este tipo de estrategias para demostrar el origen bacteriano de una
enfermedad fue llevado a una ulterior perfección en 1882, con la publicación de
"Die Äthiologie der Tuberkulose", donde se comunica por primera vez la
aplicación de los criterios que Henle había postulado en 1840. Estos criterios,
que hoy van asociados al nombre de Koch, son los siguientes:
-
El microorganismo debe de estar presente en todos los individuos enfermos.
-
El microorganismo debe poder aislarse del hospedador y ser crecido en
cultivo puro.
-
La inoculación del microorganismo crecido en cultivo puro a animales sanos
debe provocar la aparición de síntomas específicos de la enfermedad en
cuestión.
-
El microorganismo debe poder ser reaislado del hospedador infectado de
forma experimental.
Fue asimismo Koch quien demostró el principio de especificidad biológica del
agente infeccioso: cada enfermedad infecciosa específica está causada por un
tipo de bacteria diferente. Estos trabajos de Koch abren definitivamente el
campo de la Microbiología Médica sobre firmes bases científicas.
Durante las dos décadas siguientes la Microbiología experimentó una auténtica
edad de oro, en la que se aislaron y caracterizaron muchas bacterias patógenas.
La Alemania del Reich, que a la sazón se había convertido en una potencia
política y militar, se decidió a apoyar la continuidad de los trabajos del
equipo de Koch, dada su enorme importancia social y económica, creando un
Instituto de investigación, siendo Koch su director en el Departamento de Salud.
De esta forma, en la Escuela Alemana se aislaron los agentes productores del
cólera asiático (Koch, 1883), de la difteria (Loeffler, 1884), del tétanos
(Nicolaier, 1885 y Kitasato, 1889), de la neumonía (Fraenkel, 1886), de la
meningitis (Weichselbaun, 1887), de la peste (Yersin, 1894), de la sífilis
(Schaudinn y Hoffman, 1905), etc. Igualmente se pudieron desentrañar los ciclos
infectivos de agentes de enfermedades tropicales no bacterianas que la potencia
colonial se encontró en ultramar: malaria (Schaudinn, 1901-1903), enfermedad del
sueño (Koch, 1906), peste vacuna africana (debida al inglés Bruce, 1895-1897),
etc.
Por otro lado, la Escuela Francesa, nucleada en el Instituto Pasteur, se
concentró en los estudios sobre los procesos infectivos, la inmunidad del
hospedador, y la obtención de vacunas, sobre todo a raíz de la vacuna
antirrábica ensayada por Pasteur (1885), contribuyendo al nacimiento de la
Inmunología (ver apartado
2. 9).
Los avances de las técnicas quirúrgicas hacia mediados del siglo XIX,
impulsados por la introducción de la anestesia, trajeron consigo una gran
incidencia de complicaciones post-operatorias derivadas de infecciones. Un joven
médico británico, Joseph Lister
(1827-1912), que había leído atentamente los
trabajos de Pasteur, y que creía que estas infecciones se debían a gérmenes
presentes en el aire, comprobó que la aplicación de compuestos como el fenol o
el bicloruro de mercurio en el lavado del instrumental quirúrgico, de las manos
y de las heridas, disminuía notablemente la frecuencia de infecciones
post-quirúrgicas y puerperales.
Más tarde, Paul Ehrlich
(1854-1919), que había venido empleando distintas
sustancias para teñir células y microorganismos, y que conocía bien el efecto de
tinción selectiva de bacterias por ciertos colorantes que dejaban, en cambio,
incoloras a células animales, concibió la posibilidad de que algunos de los
compuestos de síntesis que la industria química estaba produciendo pudieran
actuar como "balas mágicas" que fueran tóxicas para las bacterias pero inocuas
para el hospedador. Ehrlich concibió un programa racional de síntesis de
sustancias nuevas seguido de ensayo de éstas en infecciones experimentales.
Trabajando en el laboratorio de Koch, probó sistemáticamente derivados del
atoxilo (un compuesto que ya Thompson, en 1905, había mostrado como eficaz
contra la tripanosomiasis), y en 1909 informó de que el compuesto 606
(salvarsán) era efectivo contra la sífilis. Aunque el salvarsán presentaba
algunos efectos colaterales, fue durante mucho tiempo el único agente disponible
contra enfermedades producidas por espiroquetas, y sirvió para ilustrar
brillantemente la validez del enfoque de la llamada quimioterapia (término
acuñado por el mismo Ehrlich), de modo que encauzó toda la investigación
posterior.
En 1927 Gerhard Domagk, en conexión con la poderosa compañía química I.G.
Farbenindustrie, inició un ambicioso proyecto de búsqueda de nuevos agentes
quimioterápicos, siguiendo el esquema de Ehrlich; en 1932-1935 descubre la
acción del rojo de prontosilo frente a neumococos hemolíticos dentro del
hospedador, pero señala que esta droga es inactiva sobre bacterias creciendo
in vitro. La explicación la sumistra el matrimonio Tréfouël, del
Instituto Pasteur, al descubrir que la actividad antibacteriana depende de la
conversión por el hospedador en sulfanilamida. El mecanismo de acción de las
sulfamidas (inhibición competitiva con el ácido para-aminobenzoico) fue
dilucidado por el estadounidense Donald D. Woods. Las investigaciones de éste
encaminaron a la industria farmacéutica hacia la síntesis de análogos de
metabolitos esenciales, introduciendo un enfoque más racional frente a la época
anterior, más empírica.
En 1874, el médico inglés W. Roberts había descrito las propiedades
antibióticas de ciertos cultivos de hongos (Penicillium glaucum) contra
las bacterias, e introdujo en Microbiología el concepto de antagonismo. Otros
investigadores de finales del siglo XIX realizaron observaciones similares, pero
fue Fleming quien, en 1929, logró expresar ideas claras sobre el tema, al
atribuir a una sustancia química concreta (la penicilina) la acción inhibidora
sobre bacterias producida por el hongo Penicillium notatum. Fleming
desarrolló un ensayo crudo para determinar la potencia de la sustancia en sus
filtrados, pudiendo seguir su producción a lo largo del tiempo de cultivo, y
mostrando que no todas las especies bacterianas eran igualmente sensibles a la
penicilina. Las dificultades técnicas para su extracción, junto al hecho de que
el interés de la época aún estaba centrado sobre las sulfamidas, impidieron una
pronta purificación de la penicilina, que no llegó hasta los trabajos de Chain y
Florey (1940), comprobándose entonces su gran efectividad contra infecciones
bacterianas, sobre todo de Gram-positivas, y la ausencia de efectos tóxicos para
el hospedador.
Inmediatamente comenzó una búsqueda sistemática de microorganismos del suelo
que mostraran actividades antibióticas. En 1944 A. Schatz y S. Waksman descubren
la estreptomicina, producida por Streptomyces griseus, siendo el primer
ejemplo de antibiótico de amplio espectro. Los diez años que siquieron al
término de la segundad guerra mundial vieron la descripción de 96 antibióticos
distintos producidos por 57 especies de microorganismos, principalmente
Actinomicetos.
En la década de los 60 se abrió una nueva fase en la era de los antibióticos
al obtenerse compuestos semisintéticos por modificación química de antibióticos
naturales, paliándose los problemas de resistencia bacteriana a drogas que
habían empezado a aparecer, disminuyéndose en muchos casos los efectos
secundarios, y ampliándose el espectro de acción.
Aparte de la revolución que supusieron en el campo de la aplicación clínica,
los antibióticos ha permitido notables avances en el desentrañamiento de
determinados aspectos de arquitectura y función moleculares de las células
susceptibles (paredes celulares microbianas, ribosomas, síntesis proteica,
etc.).
Gran parte de los avances en Microbiología descritos hasta ahora se debieron
a la necesidad de resolver problemas prácticos. Pero hacia finales del siglo XIX
una serie de investigadores -algunos de ellos procedentes de áreas más clásicas
de la Historia Natural- desarrollaron importantes estudios básicos que fueron
revelando una enorme variedad de microorganismos y sus actividades metabólicas,
así como su papel crucial en ciclos biogeoquímicos, sus relaciones con procesos
de nutrición vegetal, etc.
El descubrimiento de la quimioautotrofía, obra del gran microbiólogo ruso
Sergei Winogradsky (1856-1953), obligó a revisar los conceptos previos,
procedentes de la Fisiología Vegetal, de que el crecimiento autotrófico dependía
de la presencia de clorofila. Winogradsky había comenzado investigando las
bacterias del hierro descubiertas por Cohn en 1875, observando que podían crecer
en medios minerales, por lo que supuso que obtenían su energía de la oxidación
de sales ferrosas a férricas (1888). En 1889, combinando técnicas de observación
secuencial de cultivos microscópicos con ensayos microquímicos sobre bacterias
del azufre (Beggiatoa, Thiothrix), infirió que estos microorganismos
oxidaban sulfuro de hidrógeno hasta azufre elemental (acumulando éste como
gránulos), y luego hasta ácido sulfúrico, obteniendo de este modo su energía.
Estas observaciones pueden haber sido el arranque del concepto de litotrofía.
Pero el descubrimiento de la quimioautotrofía llegó cuando al año siguiente
Winogradsky y Omeliansky pasaron a estudiar las bacterias nitrificantes,
demostrando de manera clara que la energía obtenida de la oxidación del amonio o
del nitrito era usada para fijar CO2 (1889-1890). Más tarde el mismo
Winogradsky extendió la demostración a cultivos puros en los que el agente
solidificante de los medios era el gel de sílice. La explicación del proceso de
oxidación de los compuestos de azufre no llegó hasta los estudios de Dangeard
(1911) y Kiel (1912). Nuevas capacidades metabólicas fueron reveladas al
estudiar los procesos respiratorios de las bacterias que oxidan hidrógeno o
metano (Söhngen, 1906).
El químico Berthelot había señalado (1885) que los microorganismos del suelo
podían incorporar nitrógeno molecular directamente del aire. Fue igualmente
Winogradsky el primero en aislar una bacteria capaz de fijar nitrógeno
atmosférico (Clostridium pasteurianum) y en explicar el ciclo del
nitrógeno en la naturaleza (1890), siendo el holandés Martinus Beijerinck
(1851-1931) el descubridor de Azotobacter como bacteria aerobia fijadora
de vida libre (1901). Más tarde Beijerinck demostró por métodos químicos que, en
efecto, Azotobacter incorpora nitrógeno de la atmósfera mientras crece
(1908). La importancia de la fijación de nitrógeno para la nutrición vegetal
llegó con los estudios sobre bacterias formadoras de nódulos en las raíces de
las leguminosas. Ya los experimentos cuantitativos sobre plantas creciendo en
recipientes, realizados por Boussingault a mediados del siglo XIX, habían
indicado que las leguminosas asimilaban nitrógeno de la atmósfera. En 1866
Voronin descubrió las bacterias de los nódulos radicales de esta familia de
plantas. Frank, en 1879, demostró que los nódulos parecían inducirse por las
mismas bacterias albergadas en ellos, y Ward (1887) usó bacterias procedentes de
nódulos machacados para inocular semillas, logrando la producción de nódulos en
suelo estéril, y describiendo en un bello trabajo el proceso de infección, con
su producción de "hifas" (cordón de infección). Tras la introducción del
concepto de simbiosis por De Bary, en 1878, fue Schindler (1884) el primero en
describir los nódulos radicales como resultado de una simbiosis entre planta y
bacterias. Los trabajos de Hermann Hellriegel (1831-1895) y de su colaborador
Hermann Willfahrt (1853-1904), que trabajaban en la Estación Experimental de
Bernburg, comunicados en primer lugar en un cogreso en Berlín, en 1886, y
publicados en un artículo ejemplar en 1888, asociaron la fertilidad nitrogenada
natural de las leguminosas con la presencia de sus nódulos radicales, señalando
que estos nódulos se inducían por microorganismos específicos; de este modo
lograron una brillante síntesis de las observaciones microbiológicas y químicas.
El mismo año de 1888 Beijerinck logró el cultivo puro in vitro de las
bacterias nodulares (a las que bautizó como Bacillus radicicola),
observando que no reducían nitrógeno en vida libre; más tarde (1890) aportó la
prueba definitiva de que las bacterias aisladas eran capaces de nodular
específicamente ciertas especies de leguminosas, adquiriéndose de esta forma la
facultad de fijar nitrógeno en su asociación con la raíz de la planta.
Irónicamente el nombre definitivo para las bacterias de los nódulos de
leguminosas (Rhizobium) fue propuesto por Frank, quien durante mucho
tiempo se había negado a reconocer los resultados de Hellriegel y Willfahrt, y
que había oscilado en sus opiniones, desde suponer que la fijación de nitrógeno
era un rasgo general de las plantas, hasta creer que las estructuras nodulares
observadas a microcopio (bacteroides) eran gránulos de reserva (incluidas las
que él mismo observó en plantas no leguminosas de los géneros Alnus y
Eleagnus, originadas por una bacteria bautizada en su honor
-Frankia); incluso cuando se convenció de que los simbiontes eran
bacterias (y no hongos o mixomicetes), pensaba que éstas sólo estimulaban a que
las plantas fijaran nitrógeno en sus hojas; su "conversión" (y aún así
incompleta y con reticencias) no llegó hasta 1892. El aislamiento de los
bacteroides intranodulares (Prazmowski, 1890), y la relación entre su formación
y la fijación de nitrógeno (Nobbe y Hiltner, 1893) completó esta primera oleada
de investigación sobre este tema que tanta trascendencia presentaba para la
Agronomía. Estos estudios están en la base de todos los ulteriores trabajos de
Microbiología Agrícola, de modo que esta especiliadad fue incorporada
tempranamente a los laboratorios científicos y estaciones experimentales.
Las obras trascendentales de Winogradsky y Beijerinck abrieron un nuevo
horizonte para el estudio de la diversidad microbiana. La escuela de Beijerinck,
en la Universidad Técnica de Delft, fue continuada por por A.J. Kluyver y C.B.
van Niel, siendo este último el "padre" de la escuela norteamericana desde su
establecimiento en California, ya que formó a figuras tan importantes como R.Y.
Stanier, R.E. Hungate o M. Doudoroff. La escuela holandesa fundada por
Beijerinck tuvo asimismo otra fructífera "colonia" en la ciudad alemana de
Konstanz, donde N. Pfennig continuó el trabajo emprendido junto a van Niel en
Delft. Todos estos autores, y sus colaboradores, fueron realizando
contribuciones esenciales sobre una amplia diversidad de bacterias, descubriendo
la variedad de las bacterias fotosintéticas, los tipos de organismos
litotróficos, y profundizando en multitud de aspectos estructurales y
fisiológicos de las bacterias recién descubiertas. Como dice T.D. Brock en una
recensión de Kluyver (1961) "los hombres de la escuela de Delft de Microbiología
General fueron pioneros en una época en la que la mayoría de los investigadores
estaban demasiado fascinados por problemas aplicados en medicina, agricultura o
industria, como para preocuparse por microorganismos quimiosintéticos o
fotosintéticos, o por aquellos que muestran fermentaciones inusuales...". Pero,
como en tantas otras ocasiones, este enfoque de ciencia básica ha sido
extraordinariamente fértil, y aparte de la profundización en la unidad y
diversidad de la vida ha dado origen a penetrantes percepciones en multitud de
problemas planteados, tarde o temprano, a las ciencias biológicas.
2.9 DESARROLLO DE LA INMUNOLOGÍA
La inmunología es, en la actualidad, una ciencia autónoma y madura, pero sus
orígenes han estado estrechamente ligados a la Microbiología. Su objeto consiste
en el estudio de las respuestas de defensa que han desarrollado los animales
frente a la invasión por microorganismos o partículas extraños, aunque su
interés se ha volcado especialmente sobre aquellos mecanismos altamente
evolucionados e integrados, dotados de especificidad y de memoria, frente a
agentes reconocidos por el cuerpo como no-propios, así como de su neutralización
y degradación.
Como tantas otras ciencias, la Inmumología presenta un prolongado período
pre-científico, de observaciones y aproximaciones meramente empíricas. La
resistencia a ulteriores ataques de una enfermedad infecciosa fue ya recogida en
escritos de la antigüedad; el historiador griego Tucídides (464-404 a.C.) narra
que en una epidemia acaecida durante la guerra del Peloponeso, los enfermos eran
atendidos solo por aquellos que habían sobrevivido previamente a la enfermedad,
en la seguridad de que éstos no volverían a ser contagiados. Igualmente, en la
antigua China se había observado que las personas que en su niñez habían
padecido la viruela no la adquirían más adelante en su vida. Los mismos chinos,
en el siglo XI a. C., fueron los primeros en intentar una aplicación de estas
observaciones que indicaban la inducción de un estado protector por medio de una
forma suave de la enfermedad: la inhalación de polvo de escaras de viruela
provocaba un ataque suave que confería resistencia ante infecciones posteriores.
Una modificación fue introducida en Occidente en el siglo XVIII por Pylarini y
Timoni, y fue popularizada en Gran Bretaña por Lady Mary Wortley Montagu, esposa
del embajador inglés en Constantinopla, tras una serie inicicial de pruebas
sobre "voluntarios" (prisioneros). Sin embargo, este tipo de prácticas no
llegaron a arraigar ampliamente, ya que no estaban exentas de riesgos, entre los
cuales figuraba la posibilidad de transmisión de otras enfermedades.
El primer acercamiento a la inmunización con criterios racionales fue
realizado por el médico inglés Edward
Jenner (1749-1823), tras su constatación
de que los vaqueros que habían adquirido la viruela vacunal (una forma benigna
de enfermedad que sólo producía pústulas en las manos) no eran atacados por la
grave y deformante viruela humana. En mayo de 1796 inoculó a un niño fluido
procedente de las pústulas vacunales de Sarah Nelmes; semanas después el niño
fue inyectado con pus de una pústula de un enfermo de viruela, comprobando que
no quedaba afectado por la enfermedad. Jenner publicó sus resultados en 1798
("An enquiry into the causes and effects of the variolae vaccinae..."),
pronosticando que la aplicación de su método podría llegar a erradicar la
viruela. Jenner fue el primero en recalcar la importancia de realizar estudios
clínicos de seguimiento de los pacientes inmunizados, consciente de la necesidad
de contar con controles fiables.
La falta de conocimiento, en aquella época, de las bases microbiológicas de
las enfermedades infecciosas retrasó en casi un siglo la continuación de los
estudios de Jenner, aunque ciertos autores, como Turenne, en su libro "La
syphilization" (1878) lograron articular propuestas teóricas de cierto
interés.
El primer abordaje plenamente científico de problemas inmunológicos se debió,
de nuevo, a Pasteur. Estudiando la bacteria responsable del cólera aviar (más
tarde conocida como Pasteurella aviseptica), observó (1880) que la
inoculación en gallinas de cultivos viejos, poco virulentos, las protegía de
contraer la enfermedad cuando posteriormente eran inyectadas con cultivos
normales virulentos. De esta forma se obtuvo la primera vacuna a base de
microorganismos atenuados. Fue precisamente Pasteur quien dio carta de
naturaleza al término vacuna, en honor del trabajo pionero de Jenner. En los
años siguientes Pasteur abordó la inmunización artificial para otras
enfermedades; concretamente, estableció de forma clara que cultivos de
Bacillus anthracis atenuados por incubación a 45?C conferían inmunidad a
ovejas expuestas a contagio por carbunco. Una famosa demostración pública de la
bondad del método de Pasteur tuvo lugar en Pouilly le Fort, el dos de junio de
1881, cuando ante un gentío expectante se pudo comprobar la muerte del grupo
control de ovejas y vacas no inoculadas, frente a la supervivencia de los
animales vacunados. Años después, abordaría la inmunización contra la rabia,
enfermedad de la que se desconocía el agente causal. Pasteur observó que éste
perdía virulencia cuando se mantenían al aire durante cierto tiempo extractos
medulares de animales infectados, por lo que dichos extractos se podían emplear
eficazmente como vacunas. Realizó la primera vacunación antirrábica en humanos
el 6 de julio de 1885, sobre el niño Joseph Meister, que había sido mordido
gravemente por un perro rabioso. A este caso siguieron otros muchos, lo que
valió a Pasteur reconocimiento universal y supuso el apoyo definitivo a su
método de inmunización, que abría perspectivas prometedoras de profilaxis ante
muchas enfermedades. Estos logros determinaron, en buena medida, la creación del
Instituto Pasteur, que muy pronto reunió a un selecto grupo de científicos, que
enfocarían sus esfuerzos en diversos aspectos de las inmunizaciones y de sus
bases biológicas. A su vez, los norteamericanos Salmon y Smith (1886)
perfeccionaron los métodos serológicos de Pasteur, lo que les permitió producir
y conservar más fácilmente sueros tipificados contra la peste porcina.
A finales del siglo XIX existían dos teorías opuestas sobre los fundamentos
biológicos de las respuestas inmunes. Por un lado, el zoólogo ruso Ilya Ilich
Mechnikov (1845-1916), que había realizado observaciones sobre la fagocitosis en
estrellas de mar y pulgas de agua, estableció, a partir de 1883, su "Teoría de
los fagocitos", tras estudiar fenómenos de englobamiento de partículas extrañas
por los leucocitos de conejo y de humanos. Informó que existían fenómenos de
eliminación de agentes patógenos por medio de "células devoradoras" (fagocitos)
que actuaban en animales vacunados contra el carbunco, y explicó la inmunización
como una "habituación" del hospedador a la fagocitosis. Más tarde, ya integrado
en el Instituto Pasteur, propugnó la idea de que los fagocitos segregan enzimas
específicos, análogos a los "fermentos" digestivos (1900). Esta teoría de los
fagocitos constituyó el núcleo de la teoría de la inmunidad celular, de modo que
la fagocitosis se consideraba como la base principal del sistema de defensa
inmune del organismo.
Por otro lado, la escuela alemana de Koch hacía hincapié en la importancia de
los mecanisnos humorales. Emil von Behring (1854-1917) y Shibasaburo Kitasato
(1856-1931), a resultas de sus trabajos sobre las toxinas del tétanos y de la
difteria, observaron que el cuerpo produce "antitoxinas" (más tarde conocidas
como anticuerpos) que tendían a neutralizar las toxinas de forma específica, y
evidenciaron que el suero que contiene antitoxinas es capaz de proteger a
animales expuestos a una dosis letal de la toxina correspondiente (1890). La
intervención de Ehrlich permitió obtener sueros de caballo con niveles de
anticuerpos suficientemente altos como para conferir una protección eficaz, e
igualmente se pudo disponer de un ensayo para cuantificar la "antitoxina"
presente en suero. Ehrlich dirigió desde 1896 el Instituto Estatal para la
Investigación y Comprobación de Sueros, en Steglitz, cerca de Berlín, y, a
partir de 1899, estuvo al frente del mejor equipado Instituto de Terapia
Experimental, en Frankfurt. Durante este último periodo de su vida, Ehrlich
produce una impresionante obra científica, en la que va ahondando en la
comprensión de la inmunidad humoral. En 1900 da a luz su "Teoría de las cadenas
laterales", en la que formula una explicación de la formación y especificidad de
los anticuerpos, estableciendo una base química para la interacción de éstos con
los antígenos. Por su lado, R. Kraus visualiza por primera vez, en 1897, una
reacción antígeno-anticuerpo, al observar el enturbiamento de un filtrado
bacteriano al mezclarlo con un suero inmune específico (antisuero). En 1898
Jules Bordet (1870-1961) descubre otro componente sérico relacionado con la
respuesta inmunitaria, al que bautiza como "alexina", caracterizado, frente al
anticuerpo, por su termolabilidad e inespecificidad. (Más tarde se impondría el
nombre de complemento, propuesto por Ehrlich). El mismo Bordet desarrolló, en
1901, el primer sistema diagnóstico para la detección de anticuerpos, basado en
la fijación del complemento, y que inició una larga andadura, que llega a
nuestros días.
La conciliación de las dos teorías se debió a Almorth Wrigth y Stewart R.
Douglas, quienes en 1904 descubren las opsoninas, anticuerpos presentes en los
sueros de animales inmunizados y que, tras unirse a la superficie bacteriana,
incrementan la capacidad fagocítica de los leucocitos.
El área de la inmunopatología inicia su andadura con la descripción del
fenómeno de anafilaxia producido por introducción en un animal de un suero de
una especie distinta (Portier y Richet, 1902; Arthus, 1903), lo que a su vez
abriría la posibilidad de métodos de serodiagnóstico, con aplicaciones múltiples
en Medicina, Zoología, y otras ciencias biológicas. En 1905 Pirquet sugiere que
la enfermedad del suero (un fenómemo de hipersensibilidad) tiene relación
directa con la producción de anticuerpos contra el suero inyectado,
introduciendo el término de alergia para referirse a la reactividad inmunológica
alterada.
La inmunoquímica cobra un gran impulso en las primeras décadas del siglo XX
con los trabajos de Karl Landsteiner (1868-1943). Su primera contribución de
importancia había sido la descripción, mediante reacciones de aglutinación, del
sistema de antígenos naturales (ABC0) de los eritrocitos humanos (1901-1902),
completada (en colaboración con Von Dungern y Hirzfeld), con las subdivisiones
del grupo A y el estudio de su transmsión hereditaria. Estos trabajos sirvieron
de estímulo para avanzar en el desentrañamiento de la especificidad química de
los antígenos que determinan la formación de anticuerpos. Landsteiner estudió
sistemáticamente las características de inmunogenicidad y especificidad de
reacción de antígenos con anticuerpos, valiéndose de la modificación química de
antígenos, denominando haptenos a aquellos grupos químicos que por sí mismos no
desencadenan formación de anticuerpos, pero sí lo hacen tras ser conjugados a
proteínas portadoras.
La cuestión de las reacciones antígeno-anticuerpo se convirtió en otra
polémica entre escuelas hasta finales de los años 20. Mientras Ehrlich y sus
seguidores mantenían que estas reacciones tienen una base puramente química,
Bordet y sus discípulos las explicaban como fenómenos físicos de reacciones
entre coloides. La resolución del debate debió aguardar hasta finales de los
años 30, al incorporarse avances técnicos como la electroforesis, la
cromatografía en papel, la ultracentrifugación y el microscopio electrónico.
Heidelberg y Kendall (1936) purificaron anticuerpos a partir de sueros por
disociación de precipitados. Tiselius (1939) demostró que los anticuerpos
constituyen la fracción gamma-globulínica del suero. Veinte años después R.R.
Porter y G.M. Edelman establecen la estructura de las inmunoglobulinas. Durante
este lapso de tiempo se descubre que la síntesis de anticuerpos ocurre en las
células plasmáticas, aunque éstas no son puestas en relación aún con los
linfocitos; durante muchos años se siguió creyendo que los linfocitos eran
células pasivas, sin función inmune. Por aquella época se describe, también, la
diversidad de inmunoglobulinas, llegándose al establecimiento de una
nomenclatura. Enseguida comienza la era de los múltiples experimentos sobre
timectomía en ratones neonatos y sobre bursectomía en aves, así como los de
reconstitución de animales irradiados, con timocitos y células de la medula
ósea, y que permiten afirmar el papel esencial de los linfocitos, encuadrarlos
en tipos funcionales T y B, y relacionarlos con las respuestas inmunes celular y
humoral, respectivamente.
Una importante faceta de la inmunología de la primera mitad del siglo XX fue
la obtención de vacunas. Se lograron toxoides inmunogénicos a partir de toxinas
bacterianas, en muchos casos por tratamiento con formol: toxoide tetánico
(Eisler y Lowenstein, 1915) y toxoide diftérico (Glenny, 1921). En 1922 se
desarrolla la vacuna BCG contra la tuberculosis, haciendo uso de una cepa
atenuada de Mycobacterium tuberculosis, el bacilo de Calmette-Guérin. La
utilización de coadyuvantes se inicia en 1916, por LeMoignic y Piroy.
La inmunogenética nace cuando Bernstein describe en 1921 el modelo de
transmisión hereditaria de los cuatro grupos sanguíneos principales, basándose
en el análisis estadístico de sus proporciones relativas, y con el
descubrimiento por Landsteiner y Levène (1927) de los nuevos sistemas MN y P.
Los experimentos de transfusiones sanguíneas interespecíficas permitieron
distinguir la gran complejidad de los antígenos sanguíneos, explicables según
unos 300 alelos múltiples.
Una contribución esencial a las ideas sobre el mecanismo de formación de los
anticuerpos la realizó el australiano Macfarlane Burnet (1899-1985), al
establecer su teoría de la selección clonal; ésta argumenta que cada linfocito B
sintetiza un único tipo de anticuerpo, específico para cada antígeno
(determinante antigénico), de modo que la unión del antígeno causa la
proliferación clonal del linfocito B, con la consecuente síntesis incrementada
de anticuerpos específicos. Igualmente, Burnet lanzó una hipótesis sobre el
mecanismo subyacente a la auto-tolerancia inmunológica, que fue confirmada
experimentalmente por Peter Medawar. Más recientemente Niels Jerne ha realizado
nuevas aportaciones y refinamientos a la teoría de la selección clonal,
proponiendo un modelo de regulación inmune conocido como teoría de las redes
idiotípicas.
Los avances en Inmunología durante los últimos años han sido espectaculares,
consolidando a ésta como ciencia independiente, con su conjunto propio de
paradigmas, ya relativamente escindida de su tronco originario microbiológico.
Entre los hitos recientes hay que citar la técnica de producción de anticuerpos
monoclonales a partir de hibridomas, desarrollada originalmente por César
Milstein y Georges Kohler en 1975, y que presenta una enorme gama de
aplicaciones en biomedicina, o el desentrañamiento de los fenómenos de
reorganización genética responsables de la expresión de los genes de
inmunoglobulinas, por Susumu Tonegawa.
2.10 ORIGEN Y DESARROLLO DE LA VIROLOGÍA
La Virología ha sido la ciencia microbiológica de origen más tardío, habiendo
surgido como resultado del hallazgo de enfermedades infecciosas en las que la
demostración de implicación de microorganismos se demostraba esquiva con los
medios habituales disponibles a finales del siglo XIX. La euforia que se vivía
en los ámbitos científicos y médicos, al socaire de la edad de oro de
aislamiento de bacterias patógenas, se plasmó en el prejuicio de que la
incapacidad de hacer crecer los agentes causantes de ciertas enfermedades se
debía a una técnica inapropida o mal aplicada.
El botánico ruso Dimitri Iwanovski había observado (1892) que la enfermedad
del mosaico del tabaco podía ser reproducida experimentalmente usando el fluido
que atravesaba los filtros de porcelana que normalmente retenían a las
bacterias, pero siendo incapaz de aislar y crecer el supuesto microorganismo,
abandonó la investigación. Pocos años más tarde (1898), y probablemente sin
tener noticias del trabajo de Iwanovski, Beijerink realizó experimentos
similares con el mismo sistema, y en otro rasgo de su genio, enfrentándose a los
conceptos de la época, avanzó la idea de que el agente filtrable (un
contagium vivum fluidum, según su expresión), debía de incorporarse al
protoplasma vivo del hospedador para lograr su reproducción. Este tipo de
agentes infectivos que atravesaban los filtros de porcelana fueron llamados en
principio "virus filtrables", quedando más tarde su denominación simplemente
como virus. Aquel mismo año de 1898 Loeffler y Frosch descubren los virus
animales al comprobar que un virus filtrable es responsable de la glosopeda del
ganado. En 1901 Reed descubre el primer virus humano, el de la fiebre amarilla,
y en 1909 Landsteiner y Pope detectan el de la poliomielitis. A comienzos de
siglo Copeman desarrolla su técnica de multiplicación de virus animales en
embriones de pollo, con la que P. Rous aisla y cultiva el virus del sarcoma
aviar (1911).
Los virus bacterianos fueron descubiertos en 1915 por F.W. Twort, si bien su
trabajo no alcanzó la elegancia y claridad del desarrollado poco más tarde por
el canadiense Félix d'Hérelle (1917); fue éste quien acuñó el término
bacteriófago, y supuso correctamente que el fenómeno de lisis por estos
agentes debía de estar ampliamente difundido entre las bacterias. Aunque su
esperanza en la aplicación de los fagos como elementos bactericidas para uso
médico no pudo satisfacerse, la contribución de los virus bacterianos al avance
de la genética y biología moleculares ha sido decisiva: de hecho, los primeros
estudios cuantitativos sobre replicación virásica se realizaron sobre fagos de
Escherichia coli, lo que suministró modelos aplicables a otros virus,
incluidos los de animales. En 1925 Bordet y Bal describen por primera vez el
fenómeno de lisogenia, pero las relaciones entre los ciclos lítico y lisogénico
de los fagos no fueron aclaradas hasta los estudios de André Lwoff (1950).
La primera visualización de un virus se debe a las observaciones a
microscopio ultravioleta del bacteriólogo inglés Barnard (1925), y en 1939 se
realiza la primera fotografía de un virus a microscopio electrónico. Pero los
avances más significativos en el estudio de la composición y estructura de los
virus se inician con la purificación y cristalización, por Wendell M. Stanley,
del virus del mosaico del tabaco -TMV- (1935), aplicando procedimientos típicos
de la cristalización de enzimas. Inicialmente Stanley comprobó que el TMV
contenía gran proporción de proteína, pero poco más tarde detecta, además, la
presencia de ácido nucleico. A partir de aquí, la Virología entra en una fase de
ciencia cuantitativa, en la que participan numerosos físicos, bioquímicos y
genetistas, en un esfuerzo interdisciplinar que da origen a la moderna Biología
Molecular.
Un importante avance metodológico para el estudio de los virus animales se
debió a Enders, Weller y Robbins (1949), al desarrollar por primera vez un
método para la multiplicación virásica sobre cultivos de tejidos de mamíferos,
técnica que fue perfeccionada más tarde por el equipo de Renato Dulbecco.
Los recientes progresos en las numerosas técnicas de biología molecular han
propiciado una auténtica explosión de descubrimientos sobre la biología de los
virus y de sus células hospedadoras; baste citar la replicación del genomio de
ARN de los retrovirus por reversotranscripción a ADN, los fenómenos de
transformación oncogénica virásica y su aplicación a los estudios generales del
cáncer, el diseño de vacunas recombinantes por manipulación in vitro de
genomios virásicos, la próxima aplicación clínica de la primeras terapias
génicas en humanos recurriendo a vectores virásicos, etc. En el terreno de las
necesidades urgentes, la metodología existente ha permitido la rápida
identificación y caracterización del virus de la inmunodeficiencia humana, lo
que se está traduciendo en una intensa y racional búsqueda de procedimientos
para prevenir y eliminar la inesperada epidemia de SIDA.
En años recientes han sido descubiertos dos nuevos tipos de entidades
infectivas, subvirásicas: T.O. Diener describió en 1967 la existencia de ARN
desnudos infectivos en plantas, a los que llamó viroides, y en 1981
Prusiner puso de manifiesto que determinadas enfermedades de mamíferos se deben
a partículas proteicas aparentemente desprovistas de material
genético, a las
que bautizó como priones.
2.11 RELACIONES ENTRE LA MICROBIOLOGÍA Y OTRAS CIENCIAS
BIOLÓGICAS.
El auge de la microbiología desde finales del siglo XIX se plasmó, entre
otras cosas, en el aislamiento de gran variedad de cepas silvestres de
microorganismos, lo que suministró un enorme volumen de nuevo material biológico
sobre el que trabajar, aplicándose una serie de enfoques que eran ya habituales
en las ciencias naturales más antiguas; así, había que crear un marco taxonómico
(con sus normas de nomenclatura) para encuadrar a los organismos recién
descubiertos, era factible desarrollar trabajos sobre morfología y fisiología
comparadas, sobre variabilidad y herencia, evolución, ecología, etc. De este
modo la joven Microbiología fue objeto, en pocos años, de la utilización, a un
ritmo acelerado, de los métodos taxonómicos y experimentales que habían ido
surgiendo y madurando desde el siglo XVIII en los ámbitos de la "Historia
Natural" clásica.
Aunque nos referiremos en otro apartado (véase cap. 2)
a los avances de Taxonomía Microbiana, vale la pena reseñar aquí los esfuerzos
tempranos para lograr un clasificación bacteriana por parte de Cohn (1875) y
Migula (1894), que sustentaban su concepto de especie predominantemente sobre
caracteres morfológicos. Pero hacia 1900 era evidente la arbitrariedad e
insuficiencia de este tipo de clasificaciones, de modo que los intentos
posteriores hicieron uso de caracteres bioquímicos (Orma Jensen, 1909), o de una
mezcla de rasgos morfológicos, bioquímicos, patogénicos y de tinción (Buchanan,
1915). El sistema de taxonomía bacteriana adquirió un nuevo impulso a partir de
la 1ª edición del "Bergey's Manual of Determinative Bacteriology" (1923),
y de las propuestas de Kluyver y van Niel ("Prospects for a natural system of
classification of bacteria", 1936). En cuanto a la nomenclatura, no fue
hasta 1958 en que cuajó un Código Internacional de Nomenclatura Bacteriológica,
aunque ya se venía aplicando desde hacía tiempo el procedimiento tipológico para
los microorganismos, con criterios similares a los de la Zoología y la
Botánica.
El establecimiento de relaciones taxonómicas precisó el recurso a métodos
cada vez más amplios y afinados de análisis genético, estructural o fisiológico.
En un apartado anterior ya vimos las conexiones tempranas entre la Bioquímica y
la Microbiología a propósito del descubrimiento de la base enzimática de las
fermentaciones, lo cual abrió el camino para dilucidar el metabolismo energético
microbiano, y para demostrar su similitud química con rutas metabólicas de
organismos superiores. Otro paso importante en la percepción de la unidad
bioquímica del mundo vivo deriva del descubrimiento de las vitaminas (término
acuñado por Funk em 1911), al establecerse que determinados factores de
crecimiento requeridos por algunos microorganismos eran químicamente similares a
las vitaminas necesarias en la dieta de los animales, y que este tipo de
compuestos representa precursores biosintéticos de coenzimas del metabolismo
celular. Así pues, este tipo de investigaciones sentó claramente la idea de la
unidad química de los seres vivos, independientemente de su encuadre taxonómico,
y encauzó una buena parte de los trabajos bioquímicos hacia los microorganismos,
dadas sus cualidades de facilidad de manejo y cultivo en laboratorio.
En cuanto a las conexiones de la Microbiología con la Genética, ya Beijerink,
en 1900, tras analizar la teoría de la mutación de De Vries, había predicho que
los microoganismos podrían convertirse en objetos de investigación más adecuados
que los sistemas animales o vegetales. Pero las primeras conexiones entre ambas
ciencias arrancan de la necesidad que hubo, a principios del siglo XX, de
determinar la sexualidad de los hongos con fines taxonómicos. En 1905 Maire
demostró la existencia de meiosis en la formación de ascosporas, y Claussen
(1907) evidenció fusión de núcleos en Ascomicetos, mientras que Kniepp, hacia
finales de los años 30 había recogido un gran volumen de información sobre
procesos sexuales en Basidiomicetos. El sueco Lindegren (1936) realiza las
primeras cartografías genéticas en cromosomas de Neurospora, durante su
estancia en el laboratorio californiano de Morgan; este último, propugnador de
la "teoría de los genes" (1926), confiaba desde hacía años en ampliar sus
éxitos, logrados en Drosophila, hacia el estudio de la genética
microbiana. En 1941, otros dos discípulos de Morgan, Beadle y Tatum, aislan
mutantes auxotróficos de Neurospora, con lo que se inicia el estudio de
la base bioquímica de la herencia, y convierten a este hongo en una valiosa
herramienta de trabajo en esta línea de investigación.
Las estrategias diseñadas por Beadle y Tatum fueron aplicadas por Luria y
Delbrück (1943) a cultivos bacterianos, investigando la aparición de mutaciones
espontáneas resitentes a fagos o estreptomicina. La conexión de estos
experimentos con las observaciones previas de Griffith (1928) sobre la
transformación del neumococo, llevó a Avery y colaboradores (1944) a demostrar
que el "principio transformante" portador de la información genética es el ADN.
En 1949 Erwin Chargaff demuestra bioquímicamente la transmisión genética
mediante ADN en Escherichia coli , y en 1952 Alfred Hershey y Martha
Chase, en experimentos con componentes marcados de fagos, ponen un elegante
colofón a la confirmación de la función del ADN, con lo que se derribaba el
antiguo y asentado "paradigma de las proteínas" que hasta mediados de siglo
intentaba explicar la base de la herencia. De esta forma, la Microbiología
experimental se sitúa en pleno centro del nacimiento de la Genética molecular,
de la mano de los avances paralelos en Bioquímica (análisis por rayos X de la
estructura del ADN debido a Maurice Wilkins y Rosalind Franklin, modelo de
Watson y Crick de la doble hélice del ADN, etc.), dando origen esta confluencia
a lo que se ha llamado la "edad de oro" de la Biología Molecular.
El objeto de estudio de una ciencia se puede desglosar en dos apartados:
objeto material y objeto formal.
La Microbiología es la ciencia que se ocupa del estudio de los
microorganismos, es decir, de aquellos organismos demasiado pequeños para poder
ser observados a simple vista, y cuya visualización requiere el empleo del
microscopio. Esta definición implica que el objeto material de la Microbiología
viene delimitado por el tamaño de los seres que investiga, lo que supone que
abarca una enorme heterogeneidad de tipos estructurales, funcionales y
taxonómicos: desde partículas no celulares como los virus, viroides y priones,
hasta organismos celulares tan diferentes como las bacterias, los protozoos y
parte de las algas y de los hongos. De esta manera la Microbiología se distingue
de otras disciplinas organísmicas (como la Zoología y la Botánica) que se
centran en grupos de seres vivos definidos por conceptos biológicos homogéneos,
ya que su objeto de indagación se asienta sobre un criterio artificial que
obliga a incluir entidades sin más relación en común que su pequeño tamaño, y a
excluir a diversos organismos macroscópicos muy emparentados con otros
microscópicos.
A pesar de esto (o incluso debido a ello), la Microbiología permanece como
una disciplina perfectamente asentada y diferenciada, que deriva su coherencia
interna del tipo de metodologías ajustadas al estudio de los organismos cuyo
tamaño se sitúa por debajo del límite de resolución del ojo humano, aportando un
conjunto específico de conceptos que han enriquecido la moderna Biología.
Podemos definir, pues, a los microorganismos como seres de tamaño
microscópico dotados de individualidad, con una organización biológica sencilla,
bien sea acelular o celular, y en este último caso pudiendo presentarse como
unicelulares, cenocíticos, coloniales o pluricelulares, pero sin diferencianción
en tejidos u órganos, y que necesitan para su estudio una metodología propia y
adecuada a sus pequeñas dimensiones. Bajo esta denominación se engloban tanto
microorganismos celulares como las entidades subcelulares.
Comprenden todos los procariotas y los microorganismos eucarióticos (los
protozoos, los mohos mucosos, los hongos y las algas microscópicas). El encuadre
de todos estos grupos heterogéneos será abordado en el próximo
capítulo.
Otro tipo de objetos de estudio de la microbiología son las entidades no
celulares, que a pesar de no poseer ciertos rasgos atribuibles a lo que se
entiende por vida, cuentan con individualidad y entidad biológica, y caen de
lleno en el dominio de esta ciencia.
En su estado extracelular o durmiente, son totalmente inertes, al carecer de
la maquinaria de biosíntesis de proteínas, de replicación de su ácido nucleico y
de obtención de energía. Esto les obliga a un modo de vida (sic)
parasitario intracelular estricto o fase vegetativa, durante la que el virión
pierde su integridad, y normalmente queda reducido a su material genético, que
al superponer su información a la de la célula hospedadora, logra ser expresado
y replicado, produciéndose eventualmente la formación de nuevos viriones que
pueden reiniciar el ciclo.
En 1986 se descubrió que el agente de la hepatitis delta humana posee un
genomio de ARN de tipo viroide, aunque requiere para su transmisión (pero no
para su replicación) la colaboración del virus de la hepatitis B, empaquetándose
en partículas similares a las de este virus. A diferencia de los viroides
vegetales, posee capacidad codificadora de algunas proteínas.
A diferencia de los virus, los priones no contienen ácido nucleico y están
codificados por un gen celular. Aunque se multiplican, los priones de nueva
síntesis poseen moléculas de PrP que reflejan el gen del hospedador y no
necesariamente la secuencia de la molécula del PrP que causó la infección
previa. Se desconoce su mecanismo de multiplicación, y para discernir entre las
diversas hipótesis propuestas quizá haya que dilucidar la función del producto
normal y su posible conversión a la isoforma patógena infectiva.
Recientemente se ha comprobado que, al menos algunas de la enfermedades por
priones son simultáneamente infectivas y genéticas, una situación insólita en la
Patología humana, habiéndose demostrado una relación entre un alelo dominante
del PrP y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. El gen del prión (Prn-p)
está ligado genéticamente a un gen autosómico (Prn-i) que condiciona en
parte los largos tiempos de incubación hasta el desarrollo del síndrome.
Todos los aspectos y enfoques desde los que se pueden estudiar los
microorganismos conforman lo que denominamos objeto formal de la Microbiología:
características estructurales, fisiológicas, bioquímicas, genéticas,
taxonómicas, ecológicas, etc., que conforman el núcleo general o cuerpo básico
de conocimientos de esta ciencia. Por otro lado, la Microbiología también se
ocupa de las distintas actividades microbianas en relación con los intereses
humanos, tanto las que pueden acarrear consecuencias perjudiciales (y en este
caso estudia los nichos ecológicos de los correspondientes agentes, sus modos de
transmisión, los diversos aspectos de la microbiota patógena en sus
interacciones con el hospedador, los mecanismos de defensa de éste, así como los
métodos desarrollados para combatirlos y controlarlos), como de las que reportan
beneficios (ocupádose del estudio de los procesos microbianos que suponen la
obtención de materias primas o elaboradas, y de su modificación y mejora
racional con vistas a su imbricación en los flujos productivos de las
sociedades).
Finalmente, la Microbiología ha de ocuparse de todas las técnicas y
metodologías destinadas al estudio experimental, manejo y control de los
microorganismos, es decir, de todos los aspectos relacionados con el modo de
trabajo de una ciencia empírica.
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