LOS PRINCIPIOS DE LA MICROBIOLOGÍA
EL MUNDO de los microbios o microorganismos es
quizá tan vasto como el Universo y, para
dar un pequeño ejemplo, un puñado de tierra contiene tantos microorganismos
como seres humanos el planeta entero. Esto representó un gran obstáculo para su
estudio, ya que existía la dificultad de tener que separar un microorganismo de
los demás. Y, de cualquier forma, si se lograra separar dicho microorganismo,
¿cómo se mantendría aislado de sus similares? La labor y el esfuerzo combinados
de muchos hombres y mujeres de ciencia, a lo largo de unos 200 años de
historia, dio como resultado el surgimiento de la microbiología, la ciencia que
estudia estos pequeños seres de la naturaleza. Los métodos mediante los cuales
ha sido posible separar a los microorganismos de sus alrededores, pueden ser
descritos en orden de aparición, ya que los problemas que surgen durante el
desarrollo de una ciencia experimental sólo pueden ser comprendidos a la luz
del conocimiento que prevalecía en su tiempo.
LAS PRIMERAS IDEAS
La teoría de la generación espontanea. La
creencia de que existían seres tan pequeños que eran invisibles se remonta a
tiempos tan lejanos como antes de la Era Cristiana. Doscientos años antes de
ella, Varro ya proponía la posibilidad del contagio de ciertas enfermedades
debido a criaturas invisibles suspendidas en el aire, y esta idea ya era
compartida por los antiguos médicos latinos y árabes.
Figura 1. Foto de una bacteria, la Escherichia coli
Lucrecio
fue conocido por su punto de vista peculiar sobre la materia, ya que pensaba
que las cosas surgían de una especie de átomo o semilla. En su obra De
Rerum Natura (75 a. C.) sugiere que las plagas eran causadas por una
especie de átomo. Y en el libro VI dice: "Así como hay semillas benéficas
para nuestra vida, seguramente existen otras que causan enfermedad y
muerte," Este punto de vista puede ser considerado como un claro ejemplo
de que se intuía ya que la naturaleza de la infección era microbiana. Sin
embargo, estas semillas no se consideraban como organismos vivientes.
Por
otra parte, prevalecía la idea de que las cosas emergían de semillas y que sólo
la combinación de varias de ellas podría dar origen a un organismo completo.
Así pues, existía la duda sobre el origen de la primera semilla. De alguna
forma esta primera semilla se había generado espontáneamente, es decir que
podían aparecer organismos vivientes a partir de materia no viviente. A esta
corriente de pensamiento se le conoció como la teoría de la generación
espontánea y persistió por más de 1 500 años.
El contagio de las enfermedades. La epidemiología es la rama de la medicina
que estudia la propagación de las enfermedades y se inició mucho antes de que
se aplicara el término "enfermedad contagiosa" por los aún
desconocidos agentes causantes de las infecciones.
En
la Antigüedad, los hebreos consideraban a las enfermedades infecciosas como un
castigo proveniente del Señor. Sin embargo, los escritos bíblicos ya indicaban
que las personas con lepra debían ser aisladas y los artículos y materiales que
se utilizaban durante su enfermedad, enterrados o quemados.
Más
tarde, Lucrecio y Boccaccio reconocieron la naturaleza contagiosa de estos
brotes epidémicos y, por fin, en 1546, Fracastorius de Verona presentó su obra
titulada De Contagione. Este libro fundó la ciencia de la
epidemiología propiamente dicha. Después de estudiar cuidadosamente la epidemiología
de varias enfermedades, incluyendo la plaga y la sífilis, Fracastorius concluyó
que la transmisión se producía de persona a persona, directamente o bien por
medio de objetos de uso común. Más tarde otros, y él mismo, mezclaban las
teorías racionales con otras ideas basadas en la superstición. Por ejemplo,
pensaban que las plagas o epidemias eran gobernadas por fuerzas sobrenaturales.
Como resultado de esta confusión, casi un siglo después médicos prominentes
como William Harvey no tomaban en serio las ideas de Fracastorius y se
adhirieron a las ideas de Hipócrates y Galeno que consideraban que las
epidemias o vapores venenosos eran generados por conjunciones planetarias o por
alteraciones en la propia Tierra. El panorama era aún más complicado si se toma
en cuenta que las enfermedades pueden ser transmitidas de distintas maneras,
como puede ser por el agua, la comida o los insectos y que en muchas ocasiones
estas formas de transmisión no son tan obvias.
Las
ideas de Lucrecio sobre la naturaleza de la materia fueron resucitadas por
Giordano Bruno,al final del siglo XVI, e influenciaron profundamente a Robert Boyle. Sin
embargo, el simple razonamiento sobre la existencia de los microbios no
constituyó la prueba de su verdadera existencia. Ésta sólo pudo ser demostrada
gracias al descubrimiento de una lente de aumento.
LAS PRIMERAS OBSERVACIONES
El
microscopio abrió las puertas de otro universo. El holandés Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723)
fabricó la primera lente lo suficientemente poderosa como para observar a los
organismos unicelulares. Utilizó una lente convexa y colocó al objeto dentro de
la distancia focal (Figura 2). Este arreglo produce una imagen virtual o
aparente muy amplificada; con este rudimentario pero ingenioso microscopio
logró observar muchos "pequeños animalillos". Éstos incluían
protozoarios, tanto de vida libre como parásitos de las vísceras de algunos
animales; también logró observar hongos filamentosos y corpúsculos globulares
que ahora conocemos como levaduras. Hizo importantes observaciones sobre la
estructura de las plantas y descubrió los espermatozoides de algunos animales.
Fue hasta 1676 que pudo observar organismos aún más pequeños, como las bacterias.
Figura
2. Diagrama del microscopio utilizado por Leewenhoeck. El objeto "O"
se coloca dentro de la distancia focal "F" y esto da por resultado
una imagen virtual "T" muy
amplificada.
Por
otra parte, el microscopio compuesto, capaz de ampliar la imagen con mayor
eficiencia y más conveniente para su uso, fue inventado en 1590 por Zacharías
Jensen y usado en 1630 por F. Stellerti para estudiar la miel de abeja y los
escarabajos. Sin embargo, todos los modelos producidos hasta antes de 1800 no
poseían la resolución y la calidad de los microscopios de un solo lente.
Las
observaciones de Leeuwenhoek llamaron mucho la atención, pero eso fue todo.
Nadie en esta época trató de repetir o extender sus observaciones, ya que la
alta calidad de sus lentes y su gran agudeza visual fueron factores
determinantes para desalentar a cualquier competidor. A esto se debió el gran
retraso que sufrió el desarrollo de microscopios más potentes.
LA CONTROVERSIA DE LA GENERACIÓN ESPONTÁNEA
¿La
vida proviene de la vida o existe la fuerza vital? La comprensión verdadera de
la importancia de los microorganismos en el mundo comenzó como resultado de la
controversia sobre la generación de materia viviente a partir de la materia
muerta.
En
un principio existían dos escuelas bien definidas de pensamiento: aquélla que
tomando a Lucrecio al pie de la letra apoyaba la idea de que se podrían generar
animales a partir de materia muerta gracias a la existencia de una "fuerza
vital" (generación espontánea) y la que decía que la vida sólo se genera a
partir de vida (en latín omne vivum ex vivo).
Los
antiguos que creían en la generación espontánea daban recetas para preparar
"ratones" a partir de comida en putrefacción. Opuestas a este punto
de vista eran las ideas de Redi, quien en 1668 mostró que la aparente
generación espontánea de larvas en la carne provenía de la visita de las moscas
que ponían huevecillos sobre ella. Sin embargo, Needham, otro investigador,
hirvió extracto de carne en un frasco, lo tapó y encontró que después de
algunos días aparecían criaturas que se movían. Esto, aunado a la idea de que
los organismos vivientes morían al ser hervidos, llevó a pensar que dichos
organismos eran realmente producto de la generación espontánea.
Más
tarde, Spallanzani llevó a cabo experimentos más cuidadosos con los que
demostró que los organismos grandes eran destruidos al ser hervidos durante 30
segundos, pero los microorganismos sobrevivían y se desarrollaban aunque los
frascos estuvieran herméticamente cerrados. Después de muchos ensayos, encontró
que si hervían los frascos parcialmente cerrados durante 45 minutos, el
contenido se mantenía sin contaminarse casi indefinidamente, y sólo si se
permitía la entrada de aire, el contenido entraba en putrefacción rápidamente.
Estos resultados llevaron a pensar que, al hervir el contenido, el aire del
frasco se hacía inadecuado para la existencia de vida en su interior y esto era
interpretado como la ausencia de la "fuerza vital".
Un
cocinero francés, llamado Francois Appert, a principios del siglo XIX
desarrolló el arte de preservar comida en frascos sellados: lo lograba
hirviendo el contenido dentro del frasco y cerrándolo sin permitir la entrada
de aire fresco. Observó que así el contenido se mantenía libre de
microorganismos por tiempo indefinido. Este hallazgo lo llevó no solamente a
fundar una importante industria, la de las conservas, sino a ser inmensamente
rico.
La
objeción a los experimentos de Spallanzani de que al hervir el contenido de los
frascos se terminaba con la "fuerza vital" fue descartada por un
experimento de Schultze en 1836. Éste consistió en que el recipiente que
contenía extracto de carne fue conectado a otros dos recipientes, uno de los
cuales contenía ácido sulfúrico y el otro potasa; a través de éstos se hizo
pasar lentamente aire fresco todos los días durante tres meses y el extracto de
carne no se contaminó. La clave del éxito de este experimento se debió a que
las conexiones con ambos recipientes se hicieron inmediatamente después de
hervir el extracto de carne, lo cual evitó la contaminación del extracto.
Theodor
Schwann, en 1837, llevó a cabo un experimento similar, pero la diferencia
consistió en que el aire fresco se hacía pasar por un recipiente que contenía
un metal fundido en ebullición y de esta forma cualquier materia orgánica se
mantenía estéril en el interior. Sin embargo, cuando se dejaba pasar aire
fresco sin entrar en contacto con el metal fundido, el contenido se contaminaba
invariablemente, con bacterias para el caso del extracto de carne y con
levaduras para una solución con azúcar. La interpretación que dio Schwann a sus
resultados fue la siguiente: "Los microorganismos que deben estar
presentes en el aire son destruidos al hacer pasar el aire por un líquido
incandescente. Por lo tanto, la putrefacción sin duda se debe al hecho de que
estos gérmenes, al nutrirse y desarrollarse a costa de esta sustancia, la
descomponen y sobreviene la putrefacción."
Más
tarde, la técnica de estos experimentos fue simplificada y en 1853 Schroeder y
Von Dush descubrieron que, después de hervir el recipiente, bastaba con cerrar
el extremo abierto con un tapón de algodón. De esta manera, el aire que entraba
a través del algodón se filtraba al pasar por los múltiples y tortuosos caminos
dentro del mismo. Estos experimentos abrieron el camino sobre el cual se
basaron los métodos para cultivar bacterias. Dos postulados importantes se
derivan de estos resultados: el primero consiste en hacer un medio de cultivo
adecuado que esté libre de microorganismos y esto se logra hirviéndolo; el
segundo consiste en mantener el medio estéril por largo tiempo y esto se logra
evitando la entrada de los microorganismos que están suspendidos en el aire.
A
pesar de estos avances, los resultados de Spallanzani, Schultze y Schwann no
fueron aceptados por la mayoría del público científico de la época. Hoy en día
sabemos que muchos microorganismos resisten temperaturas hasta de l00°C durante
varias horas. Esto ayudó a los que pensaban que la generación espontánea era un
hecho, ya que un solo experimento fallido era utilizado como evidencia para la
existencia de esta teoría. Koch, más tarde, llevó a cabo estudios sobre el
bacilo del ántrax y encontró que las esporas de algunas bacterias eran
altamente resistentes al calor y que sólo se destruían a l20°C o más, y eso al
cabo de 20 minutos.
Pasteur fue quien desechó la teoría de la
generación espontánea. Fue
el genio de Louis Pasteur (1822-1895) quien finalmente persuadió al pensamiento
científico sobre lo verdadero de la generalización tan claramente formulada por
Schwann en 1837. Pasteur se valió de una combinación de habilidad científica,
persuasión y un sentido muy particular del drama. Su experimento consistió
básicamente en hervir infusiones en un aparato tal que, cuando el contenido se
enfriaba, el aire que entraba era calentado y luego vuelto a enfriar al pasar
por una camisa enfriada con agua. Bajo estas condiciones la infusión se
conservaba libre de contaminación. La figura 3 ilustra el aparato tal como fue
diseñado por Pasteur. Sin embargo, el experimento más sorprendente fue aquel en
el que Pasteur mostró cómo un medio nutritivo permanecía estéril aun cuando
estuviera comunicado con el exterior. Para esto diseñó unos frascos especiales
(Figura 4) en los que, como se puede ver, se permite la entrada de aire, pero
no se contaminan porque en el primer doblez del cuello se retienen los posibles
microbios contaminantes. Estos frascos se encuentran hoy en día tal y como los
dejó este notable hombre de ciencia.
Figura 3. Experimento diseñado por
Pasteur para demostrar que si el aire que entra al recipiente cuyo contenido
hirvió es previamente calentado, el contenido no se contamina. El aire caliente
se enfría con un trapo mojado antes de que éste llegue al caldo nutritivo.
Pasteur
confirmó también los experimentos de Schroeder y Von Dusch, quienes hirvieron
una infusión de carne y cerraron los frascos con tapones de algodón. Este
experimento lo amplió Pasteur utilizando tapones de nitrato de celulosa en
lugar de algodón, para después disolver el tapón en alcohol, de tal forma que
los gérmenes atrapados en el tapón fueran liberados; después examinó el contenido
del tapón bajo el microscopio y observó partículas globulares que semejaban
esporas de hongos y bacterias.
A
pesar del éxito de los experimentos de Pasteur no siempre se lograba
reproducirlos, y esto se debía principalmente a la resistencia de ciertas
esporas o microbios a las altas temperaturas. Sin embargo, tal dificultad no
pudo opacar el concepto general que Pasteur logró aclarar.
Figura 4. Botellas de cuello de ganso
que Pasteur dejó como prueba de que la putrefacción proviene del crecimiento de
microorganismos y no de la generación espontánea.
El
físico Tindall estaba interesado en los fenómenos de la dispersión de la luz en
el agua y en el aire (fenómeno que ahora se conoce como efecto Tindall) y sus
observaciones se apoyaron en los experimentos de Pasteur. Tindall encontró que
un rayo de luz puede observarse mejor cuando el humo de un cigarrillo pasa a
través de él. Lo mismo ocurre en un cámara en cuyo interior hay aire normal. Al
pasar un rayo de luz se observarán pequeñas partículas que flotan y que, él
pensó, podían ser atribuidas a la presencia de los microorganismos responsables
del fenómeno de putrefacción. Tindall mostró que el aire normal contenido en
una cámara hermética presenta una serie de partículas diminutas que se hacen aparentes
al incidir un rayo de luz en la cámara. Sin embargo, después de algunas semanas
las partículas se depositan en el fondo y el rayo de luz ya no es dispersado. A
esto Tindall lo llamó cámara ópticamente vacía.
En
1869 este físico inglés demostró que al llenarse una cámara con aire que se
forzaba a pasar a través de un algodón, se lograba obtener aire ópticamente
vacío. La relación de sus experimentos con los de Schwann y Pasteur fue obvia
para él: las pequeñas partículas no eran otra cosa que microorganismos.
Demostró que el aire ópticamente vacío no iniciaba el proceso de putrefacción.
En 1876 diseñó una cámara (Figura 5) que permitía observar tanto la presencia
de partículas contenidas en el aire como la putrefacción de cualquier sustancia
depositada en el interior de la cámara. Esta cámara tenía además una entrada
para depositar la muestra (B) y una ventilación que servía también para
equilibrar las presiones (A) y consistía en un tubo con varios dobleces. Para
determinar la presencia de partículas en el aire, el rayo de luz (E) se hacía
pasar como se muestra en la figura.
El
10 de septiembre de 1875 se cerró la caja de Tindall y, al pasar el rayo de
luz, éste se hizo aparente por la presencia de las partículas suspendidas en el
aire. Para el 13 de septiembre, el aire en su interior estaba ópticamente
vacío. El experimento se llevó a cabo utilizando un caldo de cultivo que fue
depositado en los tubos de ensayo del interior. El caldo hirvió durante 5
minutos al ser sumergidos los tubos en un baño hirviente de salmuera. Por otra
parte, otros tubos que también fueron hervidos se dejaron fuera de dicha caja.
Para el cuarto día, los tubos que quedaron fuera de la caja estaban ya turbios
mientras que los que estaban en su interior se mantuvieron trasparentes durante
4 meses. Al abrir la caja el contenido de los tubos se volvió turbio en 4 días.
Estos experimentos se repitieron en varias ocasiones con otro tipo de
infusiones siempre con el mismo resultado y éxito. La inferencia era clara, el
aire ordinario contiene normalmente cantidades variables de microbios y son a
éstos precisamente a los que se debe la mal llamada "generación
espontánea".
Figura
5. Cámara de Tindall.
La fermentación debe estar asociada a un microbio. A pesar de que Pasteur logró demostrar que la
contaminación de un caldo de cultivo se debe a la presencia de microorganismos,
seguía siendo importante saber cómo ocurrían los procesos de putrefacción de la
materia. Así fue como otra serie casi innumerable de sucesos ocurrieron y
permitieron descartar definitivamente las ideas sobre la generación espontánea.
En estudios posteriores sobre la fermentación butírica y la producción de
vinagre, Pasteur encontró que estos procesos se debían al desarrollo de
microorganismos específicos como son el Vibrion butiricum y el Mycoderma
aceti.
A
pesar de esto, Liebig consideraba que la putrefacción y la fermentación eran
producidas por "fermentos" (del latín fermentum, que
viene de fervere hervir y se refiere a la evolución del gas)
que, según él, consistían de materia orgánica en descomposición. Se
consideraban fermentos, por ejemplo, las partículas de queso viejo que al
mezclarse con un poco de leche hervida hacían que ésta se acidificara rápidamente
y, según Liebig, tal reacción se debía a la existencia de fermentos. La
existencia de levaduras, que para Pasteur explicaba la fermentación, para
Liebig sólo significaba que estos microorganismos, al morir, se descomponían y,
por lo tanto, actuaban también como fermento. Sin embargo, Pasteur finalmente
demostró que las levaduras originan el proceso de fermentación mientras crecen.
En resumen, Pasteur aclaró los conceptos sobre la fermentación y definió que
ésta es el producto de una reacción que lleva a cabo un microorganismo y que
cada microorganismo tiene su propio tipo característico de fermentación. Las
levaduras producen alcohol, las bacterias lácticas ácido láctico, el vibrión
butírico ácido butírico, etcétera.
Otro
investigador de la época, Gay-Lussac, proponía que la fermentación era el
resultado de una serie de reacciones químicas. Sin embargo, sus resultados eran
poco refinados como para que se sostuvieran ante las evidencias de Pasteur.
Edward Buchner, más adelante, logró demostrar en forma accidental que la
fermentación ocurría en un extracto de levaduras, y comenzó a pensar en la
fermentación como una cadena de reacciones químicas que podían ocurrir aun en
ausencia del microorganismo.
A
continuación esta la historia en orden cronológico con su respectivo vinculo en
donde se amplía la información de las investigaciones:
1677:
Observó "animalitos" (Antony
Leeuwenhoek)
1796:
Primeros científicos observaron en primer lugar el virus de la viruela(Edward
Jenner)
1850:
Abogó por el lavado de manos para detener la propagación de la enfermedad (Ignaz
Semmelweis)
1861: Refuto generación espontánea (Louis
Pasteur)
1862: Alemania apoya la teoría de la
enfermedad (Louis
Pasteur)
1867: Ejerció la cirugía antiséptica (Joseph
Lister)
1876:
Primera prueba de la teoría germinal de la enfermedad con anthracis
descubrimiento (Robert
Koch)
1881: Crecimiento de bacterias en
medios sólidos (Robert
Koch)
1882: Koch postulados (Robert
Koch)
1884: Primera vacunación contra rabia (Louis
Pasteur)
1887: Inventó Petri (RJ Petri)
1892: Descubierto virus (Dmitri
Iosifovich Ivanovski)
1899:
Reconoció la dependencia de las células virales para la reproducción(Martinus
Beijerinck)
1900: Demostrado mosquitos llevó el
agente de la fiebre amarilla (Walter
Reed)
1910: Descubierta la cura para la
sífilis (Paul
Ehrlich)
1928: Descubrió la penicilina (Alexander
Fleming)
1983: Reacción en Cadena de la
Polimerasa inventado (Kary
Mullis)
ACTIVIDAD
1.
Realice una síntesis de la lectura
2.
Determine cuáles fueron los avances más
relevantes en el origen de la microbiología y a qué científicos son atribuidos
3.
Realice una línea de tiempo de la
historia de la microbiología.
