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E L
M U N D O
D E
L O S
M I C R O B I O S
Autor: GEORGES DREYFUS CORTÉS
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/menu.htm
Compilación y armado: Sergio Pellizza
dto. Apoyatura Académica I.S.E.S.
COMITÉ DE SELECCIÓN
EDICIONES
DEDICATORIA
AGRADECIMIENTOS
PRÓLOGO
I. LOS PRINCIPIOS DE LA MICROBIOLOGÍA
II. METABOLISMO BACTERIANO
III. LAS BACTERIAS Y LA HISTORIA DE LA TIERRA
IV. LOS MICROBIOS AL SERVICIO DEL HOMBRE
CONTRAPORTADA
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C O M I T É
D E
S E L E C C I Ó N
Comité de Selección:
Dr. Antonio Alonso
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Jorge Flores
Dr. Leopoldo García-Colín
Dr. Tomás Garza
Dr. Gonzalo Halffter
Dr. Guillermo Haro Dr. Jaime Martuscelli
Dr. Héctor Nava Jaimes
Dr. Manuel Peimbert
Dr. Juan José Rivaud
Dr. Emilio Rosenblueth Dr. José Sarukhán
Dr. Guillermo Soberón
Coordinadora Fundadora:
Física Alejandra Jaidar Coordinadora:
María del Carmen Farías
E D I C I O N E S
Primera edición, 1987
Quinta reimpresión, 1996
La Ciencia desde México es proyecto y propiedad del Fondo de
Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se
publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación Superior
e Investigación Científica de la SEP y del Consejo Nacional de
Ciencia y Tecnología.
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D. R. © 1987, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S. A. DE C. V.
D. R. © 1995, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA
Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.
ISBN 968-16-2703-2
Impreso en México
D E D I C A T O R I A
Si de todos los organismos creados por Dios los
más
pequeños y aparentemente menos útiles fueran
suprimidos,
la vida se tornaría imposible, ya que el regreso a
la
atmósfera
y al reino mineral de todo lo que dejó de vivir
sería
bruscamente suprimido.
LOUIS PASTEUR
A G R A D E C I M I E N T O S
Quiero agradecer la paciente ayuda de Nora Vázquez Laslop,
Francisco Mariscal y María del Carmen Farías en la preparación del
texto. También agradezco a la señora Guadalupe Ramírez, quien
mecanografió una y otra vez el manuscrito, y al personal de mi
laboratorio, por su constante interés. Las microfotografías se deben
al doctor Alfonso Cárabez y al señor Jorge Sepúlveda de la Unidad
de Microscopía Electrónica de este Instituto.
P R Ó L O G O
La idea básica de este libro es la de describir en términos sencillos
el desarrollo de algunas áreas del conocimiento sobre los
microorganismos. No ha sido mi intención abarcar todos los
aspectos que un tema como éste presenta, sino sólo aquellos que,
en mi opinión, interesan a un lector ajeno a la microbiología y, en
general, a la ciencia. He tratado que su lectura sea amena y fluida
por eso evité entrar en detalles sólo interesantes para un
especialista.
Es innegable que la vida en nuestro planeta está sustentada en un
frágil equilibrio ecológico. La materia que da origen a todas las
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formas de vida es utilizada a través de complicadas cadenas
alimenticias. Dentro de este panorama tienen un papel muy
importante los microbios, pequeñísimos seres que poseen las más
diversas capacidades adaptativas y que ejercen una influencia
determinante en el mantenimiento del equilibrio ecológico.
Así pues, este libro empieza describiendo cómo la humanidad se dio
cuenta de la existencia de los microorganismos, lo que le permitió
explicar la causa de algunas enfermedades, hasta el grado en que
se creó una ciencia encargada de su estudio. Estos pequeños
organismos han facilitado el desarrollo del conocimiento sobre los
aspectos bioquímicos de la vida. Veremos en las páginas siguientes
cómo los microorganismos se adaptaron a diversos ambientes, tan
extremos algunos que semejan, quizá, las condiciones que
prevalecían en nuestro planeta hace millones de años; y cómo han
constituido una ayuda invaluable en el estudio de los orígenes de la
vida en nuestro planeta.
Gran parte de los microorganismos no es nociva para el hombre, al
contrario, es prometedora para la industria en el campo de la
obtención de diversas sustancias y en la conservación del medio
ambiente, mediante el control de la contaminación de la tierra y las
aguas.
La curiosidad científica, que aparentemente no conduce a nada, ha
sido sin duda la que ha permitido al género humano poseer el
conocimiento actual sobre la naturaleza. Este conocimiento,
generado por el quehacer de la ciencia, ha permitido obtener
resultados que han modificado la historia y el curso de la
humanidad.
Ciudad Universitaria,
México D. F., mayo de 1987
L O S
P R I N C I P I O S D E
M I C R O B I O L O G Í A
L A
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
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que surgen durante el desarrollo de una ciencia experimental sólo
pueden ser comprendidos a la luz del conocimiento que prevalecía
en su tiempo.
I.1 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
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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.
I.2 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
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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.
I.3 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
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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 hervía 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
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después de hervir el extracto
contaminación del extracto.
de
carne,
lo
cual
evitó
la
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
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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.
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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)
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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
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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.
I.4 CÓMO SON LAS BACTERIAS
Es importante recordar que las bacterias no poseen todas las
estructuras que contienen en su interior las células de los
organismos que aquí llamaremos superiores y éstas pueden ser
desde las levaduras hasta las células de cualquier animal. La figura
6 muestra estas diferencias estructurales.
Las células bacterianas presentan dos características principales. La
primera es que no tienen un núcleo que contenga al ácido
desoxirribonucleico (ADN), el cual es el material genético, sino que
éste se encuentra libre en su interior (citoplasma). El tamaño de
esta molécula de ADN es varios cientos de veces más grande que la
bacteria misma y contiene toda la información hereditaria necesaria
para asegurar la superviviencia de la pequeña célula. La segunda es
que el citoplasma contiene, además, moléculas de ARN, llamadas
ribosomas, cuya función es la de ensamblar proteínas que tendrán,
a su vez, diversas funciones. Estos ribosomas son más pequeños
que los de las células de los animales superiores.
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Las bacterias tienen también envolturas celulares diferentes a las de
las células de los animales superiores. Todas presentan una pared
formada de un componente químico específico llamado
peptidoglicano, que es el responsable de dar a la célula una
envoltura resistente. La presencia de la llamada pared celular ha
permitido catalogar a las bacterias en gram positivas y gram
negativas. Las bacterias que se tiñen con un colorante violeta son
las positivas para la tinción de gram y no tienen pared celular.
Otras no se tiñen con el colorante y se les conoce como gram
negativas.
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Figura 6. Diferencias estructurales entre la células superiores y
las bacteias.
Las bacterias pueden tener organelos que les permitan moverse.
Los más comunes son los flagelos, que se proyectan de su
superficie en uno de los extremos de la célula.
Las bacterias pueden ser de muchas formas: esféricas, en forma de
bastón y hasta ramificadas. En general, su tamaño es muy inferior
al de una célula de un organismo superior y su multiplicación es por
división asexual. Durante su ciclo reproductivo se forma una pared
divisoria después de que su cromosoma, formado de ADN que
contiene la información genética, se ha duplicado. De esta forma las
dos porciones de la célula se separan, conteniendo cada una de las
nuevas células su propio cromosoma (Figura 7).
Algunas bacterias tienen estructuras conocidas como endosporas,
las cuales pueden resistir el paso del tiempo y aun agresiones tales
como altas temperaturas y productos químicos tóxicos que acaban
normalmente con una bacteria. Estas esporas permanecen en
estado latente y, bajo condiciones adecuadas, pueden dar lugar a
una nueva bacteria.
Las bacterias están íntimamente ligadas a la existencia de la vida
sobre la Tierra. Son causantes de muchas enfermedades, pero
también en muchos casos son las responsables de la continuidad de
la vida.
Los microbios y las enfermedades. Sin duda una de las cargas que
más ha pesado sobre la humanidad ha sido las enfermedades
causadas por los microorganismos. No solamente eran la causa más
frecuente de muerte sino, además, de las enfermedades que
atacaban a los menores de edad. No en pocas ocasiones a causa de
la naturaleza epidémica de las infecciones, ejércitos y naciones
enteras fueron exterminados. Una de las grandes hazañas de las
ciencias médicas y biológicas ha sido el descubrimiento de la causa
y el control de estas epidemias devastadoras. Hoy en día es fácil
dar por hecho estos logros tan importantes y preocuparse por los
problemas derivados de los avances tecnológicos. Sin embargo,
Pasteur y Koch llegaron a ser considerados héroes por haber
rescatado a la humanidad de una de las más grandes amenazas con
la que tuviera que enfrentarse: la contaminación microbiana. Es
indudable que el avance de la microbiología como una ciencia es
inseparable de su función como pilar fundamental de la medicina
moderna.
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Figura 7. Ciclo reproductivo de una bacteria. La reproducción se
lleva a cabo asexualmente por división celular. El diagrama
muestra las siete etapas del ciclo de vida de la bacteria
Escherichia coli que por lo común se encuentra poblando el
intestino grueso de los humanos. 1) El único cromosoma circular
de ADN ya se empieza a replicar. 2, 3) A los 20 minutos el nuevo
cromosoma está completo y se ha fijado a un sitio en la célula. 4)
A los 25 minutos los dos cromosomas se han empezado a
duplicar. 5) Aparece una división en el centro de la célula. 6) A
los 38 minutos la división es ya una pared. 7) A los 45 minutos la
división se ha completado.
Los microbios del suelo. Al final de la era encabezada por Pasteur,
otros investigadores, como lo fueron Winogradsky en Rusia y
Beijerinck en Holanda, comenzaron a explorar la microbiología del
suelo y descubrieron para su sorpresa una gran variedad de
microorganismos en los diferentes tipos de suelo que estudiaron.
Con el desarrollo de la "microbiología del suelo" se hizo aparente
que el principal papel que desempeñan los microbios en la
naturaleza es geoquímico. Gracias a la presencia de bacterias en la
tierra, los compuestos orgánicos como el carbono, el nitrógeno y el
azufre pueden ser usados cíclicamente por las plantas y los
animales, en vez de que dichos elementos se encuentren como
materia inorgánica muerta.
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Un hecho interesante es que la "fertilidad" de la tierra se acrecienta
si en ésta hay bacterias que sean capaces de convertir nitrógeno
atmosférico o amoniaco proveniente de la descomposición de
material orgánico en nitrato (que viene a ser la forma no volátil de
estos compuestos), forma en la cual es aprovechado por las plantas
que en ella crecen.
Por otra parte las algas y, en una menor proporción, las bacterias
fotosintéticas llevan a cabo la otra mitad del ciclo geoquímico, la
formación de materia orgánica a partir de bióxido de carbono (C02)
por medio de la fotosíntesis. Es importante enfatizar el papel
benéfico de ciertos microbios, ya que la conexión histórica entre las
enfermedades infecciosas y la microbiología ha dado lugar a la
imagen popular de que el mundo de los microbios es maligno y
hostil. Sin embargo, la fracción de microbios nocivos para el
hombre es mínima con respecto al del total de la masa microbiana
sobre la Tierra. La mayoría de los microbios ataca la materia
orgánica muerta cuando está bajo tierra y constituye un factor
determinante en la transformación de la materia orgánica.
I I .
M E T A B O L I S M O
B A C T E R I A N O
TODOS los seres vivos llevan a cabo el procesamiento de los
nutrientes que los mantienen vivos. A este conjunto de procesos, se
le conoce como metabolismo y consiste de un gran número de
reacciones químicas destinadas a transformar las moléculas
nutritivas en elementos que posteriormente serán utilizados para la
síntesis de los componentes estructurales; como pueden ser las
proteínas. Otra parte importante del metabolismo es la de
transformar y conservar la energía que está contenida en una
reacción química en algún proceso que requiera de energía, como
puede ser el trabajo o el movimiento.
Es evidente que los nutrientes son transformados cuando entran en
un organismo, ya que en ningún caso el alimento contiene todas las
moléculas que una célula requiere. Esto se vio con claridad al
observar el crecimiento normal de levaduras en un medio de cultivo
que sólo contenía glucosa como única fuente de energía. Así pues,
se pensó que la síntesis de todos los componentes celulares se
llevaba a cabo en el interior de las levaduras. Hoy sabemos que las
transformaciones que sufre la glucosa no ocurren en un solo paso,
sino que, por el contrario, se forman varios productos intermedios
que en muchas ocasiones no tienen una función específica a no ser
la de formar parte de lo que se conoce como vía metabólica.
La transformación de los nutrientes en compuestos útiles para la
subsistencia de un organismo se lleva a cabo por medio de las
reacciones químicas que realizan unas proteínas conocidas como
enzimas. De tal forma que no podemos hablar del metabolismo si
no describimos brevemente qué son y cómo funcionan las enzimas.
18
II.1 LAS ENZIMAS SON EFICIENCIA Y RAPIDEZ
La enzimología es una parte fundamental de la bioquímica que se
ha desarrollado rápidamente en los últimos cinco decenios. Ciertas
manifestaciones de la acción enzimática eran conocidas desde
mucho tiempo atrás y si bien sus causas eran ignoradas, ya se
conocían varios procesos como la fermentación, la digestión y la
respiración o consumo de oxígeno.
Las enzimas son proteínas especializadas capaces de transformar
químicamente una molécula; son sin duda las moléculas biológicas
más notables ya que solamente transforman a una molécula y a
ninguna otra y esto lo hacen varios cientos de veces por segundo.
Estas características las hacen mucho mejores que cualquier
catalizador químico hecho por el hombre.
Figura 8. (a) Cadena lineal de aminoáidos. (b) Cadena
tridimensional de aminoácidos.
Pasteur pensaba que la fermentación era llevada a cabo por
enzimas y que su acción estaba íntimamente ligada a la estructura
y a la vida de las levaduras. Un hecho de gran importancia que
marcó el inicio de la enzimología y de la bioquímica ocurrió cuando,
en 1877, Edward Buchner logró que un extracto libre de levaduras
enteras llevara a cabo la fermentación alcohólica. Esto implicaba
que tales enzimas, de gran importancia para la célula viva, eran
capaces de llevar a cabo su función con independencia de la
integridad de la estructura celular. En 1926, el notable bioquímico J.
B. Sumner aisló y cristalizó por primera vez una enzima, la ureasa
de frijol, y comprobó que era una proteína, lo que era contrario a la
19
opinión general en aquel tiempo. Tuvieron que pasar 10 años, hasta
1926 que fue cuando Northrop cristalizó otras tres enzimas, para
establecer finalmente que éstas son proteínas especializadas en una
reacción. Hoy en día se conocen quizá más de 2 000 enzimas
diferentes y, aunque se sabe mucho acerca de ellas, quedan aún
grandes dudas sobre su control genético y su modo de acción.
Figura 9. (a) Enzima con uno o dos sitios activos y una cadena de
aminoácidos. (b) Enzima con varias cadenas de aminoácidos y
varios sitios activos.
Estas proteínas actúan sobre una sola molécula, es decir, son como
una llave y una cerradura: la llave es la molécula y la cerradura es
la enzima. La posibilidad de que una llave abra otra cerradura que
no sea la que le corresponde es muy remota. Pues bien, lo mismo
ocurre con las enzimas: la posibilidad de que una enzima actué
sobre otra molécula que no sea la que le corresponde es muy baja.
Las enzimas, en su calidad de proteínas, se hallan formadas por
cadenas de aminoácidos, las cuales se arreglan espacialmente en
formas variadas. En otras palabras, las cadenas de aminoácidos
constituyen estructuras tridimensionales (Figura 8).
Así, estas complicadas estructuras forman un espacio o hueco en
donde se une la molécula que va a ser transformada; a este hueco
se le denomina sitio activo. Las enzimas tienen entonces un sitio
activo y una estructura tridimensional que las hace ser únicas. Sin
embargo, pueden existir enzimas con dos o más sitios activos y con
una estructura integrada por una o varias cadenas de aminoácidos
(Figura 9).
20
La velocidad a la que dichas enzimas trabajan es muy alta y esto
las hace muy eficientes. Su actividad está en función directa de la
cantidad de moléculas que va a ser transformada y su acción es
regulada en parte por la aparición en el medio del producto final de
la reacción, que de hecho inhibe su actividad. Su acción puede ser
concertada es decir, que una enzima se encuentra dentro de un
proceso más o menos largo de degradación o de síntesis y de esta
forma el producto de dicha enzima será el sustrato de la siguiente
enzima y así sucesivamente (Figura 13).
Figura 10. Simplificación de la relación que guardan los
organismos autótrofos y heterótrofos.
El metabolismo se podría definir como el conjunto de reacciones
químicas que ocurren en la célula y que tienen por objeto generar la
energía y los componentes necesarios para que ésta lleve a cabo
sus funciones. Esta definición estaría incompleta si no aclaramos
antes que todas estas reacciones están altamente coordinadas y
dependen
del
perfecto
funcionamiento
de
los
sistemas
multienzimáticos.
II.2 UNOS SERES VIVOS DEPENDEN DE OTROS
21
Organismos autosuficientes y organismos dependientes. Para poder
llevar a cabo todas sus reacciones metabólicas, los seres vivos
necesitan una fuente de alimento y energía.
De acuerdo con su fuente de obtención de nutrientes, los
organismos vivos se pueden dividir en dos grandes grupos. Por una
parte, los autosuficientes (autótrofos), que utilizan al bióxido de
carbono (CO2) y al agua (H20) como única fuente de alimento y a
partir de estos compuestos producen todas las moléculas necesarias
para su subsistencia, crecimiento y proliferación. Por otra parte, los
que dependen de otros compuestos o de sus productos, se llaman
heterótrofos. Estos no pueden utilizar el bióxido de carbono como
tal y por lo tanto deben obtener el carbono que necesitan a partir
de otros compuestos que se encuentran en el medio que los rodea,
como por ejemplo la glucosa, que es una molécula mucho más
compleja que el C02. Lo cual quiere decir que unas formas de vida
requieren de otras y así se establece una cadena alimenticia. Ya que
unos organismos son relativamente autosuficientes y otros
requieren de fuentes de carbono más complejas, su interrelación es
necesaria y vital. Algunos ejemplos de células autosuficientes son
las de las plantas, las bacterias fotosintéticas y algunas bacterias no
fotosintéticas. Sin embargo, la mayoría de los organismos no son
autosuficientes y por lo tanto requieren siempre de una asociación
benéfica con un organismo que sí lo sea.
El ciclo del carbono y del oxígeno. En la figura 10 podemos ver
cómo se relacionan los organismos fotosintéticos y los que
dependen de ellos. Los primeros, por medio de la energía luminosa
del Sol, más el agua y el bióxido de carbono (C02) del suelo, llevan
a cabo la fotosíntesis, produciendo así glucosa y oxígeno. A partir
de estos compuestos básicos que se convierten en materia
orgánica, los organismos dependientes obtienen a su vez los
nutrientes que, al ser utilizados, son transformados y liberados al
medio en forma de agua y C02. Estas moléculas a su vez serán
nuevamente utilizadas por los organismos fotosínteticos.
Así pues, la interrelación entre ambos tipos de organismos crea a su
vez un ciclo importante para la conservación de la vida en la Tierra.
A éste se le conoce como ciclo del carbono y del oxígeno.
El ciclo del nitrógeno. El nitrógeno es sin duda un elemento muy
importante para el metabolismo, ya que forma parte de las
proteínas, los ácidos nucleicos y de muchas moléculas de gran
importancia biológica. De manera similar a lo que ocurre con el
carbono, el nitrógeno forma parte de un ciclo que hace a los
diferentes tipos de organismos vivos depender entre sí. Esto se
debe básicamente a que, a pesar de que el nitrógeno se encuentra
distribuido en cantidades enormes en la atmósfera, es un elemento
poco reactivo y debido a eso no puede ser aprovechado por la
mayoría de las formas de vida. El nitrógeno debe ser asimilado por
las plantas bajo la forma de nitrato o amoniaco, o bien por los
animales bajo la forma de animoácidos, los cuales forman parte
estructural de las proteínas.
22
La asimilación del nitrógeno en los ciclos de vida depende de varios
factores. Las plantas toman el nitrógeno de la tierra en la forma de
nitrato y lo utilizan para llevar a cabo las funciones metabólicas que
dependen de este elemento. Por otra parte, los organismos
dependientes utilizan las proteínas vegetales como nutrientes para
aprovechar el nitrógeno contenido en éstas y lo devuelven a la
tierra en forma de amoniaco como producto de desecho, o bien
como producto de descomposición después de su muerte como se
muestra en la figura 11. En la tierra, una especie de bacterias
transforma al amoniaco en nitrato, el cual puede nuevamente ser
utilizado por las plantas.
Figura 11. El ciclo del nitrógeno. Este ciclo mantiene el balance
entre las dos vastas reservas de compuestos nitrogenados: la
atmósfera y la corteza terrestres.
Existen, sin embargo, algunas especies de bacterias muy
peculiares, conocidas como fijadoras de nitrógeno, que son capaces
de procesar el nitrógeno atmosférico que por lo general no se
asimila. Estas bacterias lo transforman en un producto útil para los
organismos que dependen de él, como las plantas. Las bacterias
fijadoras de nitrógeno atmosférico se asocian íntimamente con las
raíces de algunas plantas. De esta forma, algunas, como el frijol, no
requieren de ningún tipo de abono o fertilizante, ya que su
asociación con la bacteria les permite utilizar en forma directa el
nitrógeno atmosférico. Este tipo de simbiosis se antoja atractiva
para que otras plantas, que requieren de fertilizantes, sean capaces
también de asociarse con estas bacterias. Un gran número de
23
investigadores en México y otras partes del mundo se encuentra
interesado en este problema tan importante para la agronomía. Así,
se están estudiando las posibilidades de establecer este tipo de
interacción bacteria-planta en plantas que normalmente no lo
hacen.
Hasta la fecha sólo se conoce un tipo de microorganismo que sea
totalmente autosuficiente y que no dependa de ningún otro ser
vivo, ya que utiliza la luz del Sol como fuente de energía, obtiene el
carbono a partir del bióxido de carbono y el nitrógeno de la
atmósfera. Estos organismos son las algas verdeazules, las cuales,
se piensa, fueron los primeros pobladores de la Tierra cuando se
establecieron las condiciones climáticas adecuadas.
II.3 LA ACTIVIDAD METABÓLICA AUMENTA O DISMINUYE
El metabolismo en los seres vivos es muy flexible y se puede
ajustar a la cantidad y tipo de nutrientes disponibles en el medio
que rodea a un microorganismo. Un ejemplo lo podemos obtener de
las levaduras, las cuales se adaptan a las condiciones en que se les
mantenga, pues poseen todo el conjunto de enzimas necesario para
sintetizar sus elementos básicos como los aminoácidos y todos los
demás componentes celulares, de tal manera que si crecen en un
medio con glucosa como única fuente de energía, pueden sintetizar
todas las moléculas que necesitan, aunque esto implica un gran
gasto en energía. La levadura puede evitarlo si le proporcionamos
los aminoácidos y nutrientes requeridos, ya que economiza el
aparato enzimático responsable de la síntesis de todos los
compuestos que necesita para vivir.
Actualmente es posible tener en el laboratorio cultivos controlados
de bacterias en los cuales el investigador modifica a voluntad la
composición de los nutrientes. Esto ha permitido conocer y
entender cómo los microorganismos modifican su metabolismo en
función de la calidad nutritiva del medio en el cual se les hace
crecer. Si, por ejemplo, la concentración de nutrientes ricos en
nitrógeno baja, el microorganismo iniciará inmediatamente la
síntesis de las enzimas necesarias para elaborar sus propios ácidos
nucleicos y aminoácidos; todo está finalmente regulado y enfocado
hacia la máxima economía metabólica y, en última instancia, al
ahorro de energía.
II.4 PARTES DEL METABOLISMO
El metabolismo se puede dividir en dos grandes partes: el
catabolismo y el anabolismo.
La fase del metabolismo que descompone las moléculas grandes en
pequeñas es el catabolismo. Las moléculas grandes como las
proteínas, las grasas (lípidos) o los azúcares (carbohidratos), que
provienen de nutrientes del medio ambiente, se descomponen
enzimáticamente. El producto de esta descomposición o
degradación lo forman las moléculas más simples y pequeñas como,
24
por ejemplo, el ácido láctico, el ácido acético, el bióxido de carbono,
el amoniaco y la urea. De estas reacciones químicas de degradación
se obtiene la energía química contenida en las estructuras de las
grandes moléculas. Esta energía se conserva en forma de molécula
conocida como adenosíntrifosfato (ATP), la cual es de vital
importancia en el metabolismo de cualquier organismo vivo.
Por otra parte, el anabolismo es la fase del metabolismo durante la
cual se sintetizan de nuevo las moléculas que la bacteria o célula
utiliza para regenerarse, mantenerse o dividirse, como son: las
grasas, las proteínas, los azúcares o carbohidratos y los ácidos
nucleicos (ADN y ARN), que forman parte funcional o estructural de
los organismos. Esto lo lleva a cabo el microorganismo o la célula a
partir de los constituyentes primarios que se obtienen de los
nutrientes. Sin embargo, tales procesos de síntesis requieren de
energía y ésta la proporciona el ATP que fue generado durante el
catabolismo. Así, el anabolismo y el catabolismo se llevan a cabo
simultáneamente y cada uno está regulado en forma muy precisa,
ya que ambos procesos son interdependientes (Figura 12). Las
enzimas que llevan a cabo las diferentes reacciones en el
metabolismo funcionan en forma secuencial, lo que quiere decir que
el producto de una reacción enzimática será a su vez degradado por
la siguiente enzima de la cadena de reacciones de alguna vía
metabólica, proceso al que se conoce como de sistemas
multienzimáticos. La razón de este tipo secuencial de reacciones se
debe, aparentemente, a los múltiples puntos de control que ofrece,
ya que un solo paso para la conversión de una sustancia presentaría
serios riesgos para un organismo; probablemente por esta razón tal
estrategia no ha sido adoptada por la naturaleza.
25
Figura 12. El anabolismo y el catabolismo. Todos los procesos que
ocurren en la célula o bacteria requieren de energía. Esta energía
está almacenada como moléculas de ATP, que se forma a partir
de ADP y fosfato inorgánico.
La degradación de los nutrientes: Las proteínas, los lípidos y los
carbohidratos son degradados mediante reacciones enzimáticas que
ocurren una después de la otra. Este proceso de degradación está
dividido en tres etapas que a grandes rasgos son las siguientes:
La primera consiste en la conversión de moléculas complejas a
moléculas más simples; esto quiere decir que una proteína, que no
es más que una cadena de aminoácidos, tiene que ser convertida de
nuevo en sus constituyentes, que son los aminoácidos, para que
éstos puedan ser debidamente aprovechados en la segunda etapa
de degradación. Estos procesos degradativos no requieren de
energía y ocurren en el interior del microorganismo.
La segunda etapa consiste en la conversión de estas moléculas, ya
bastante simples, en una aún más simple y común,
independientemente del origen de las moléculas. Es decir, que tanto
los carbohidratos como las proteínas o los lípidos son convertidos en
una molécula mucho más simple llamada "acetil coenzima A".
Es a partir de esta molécula que la tercera etapa del metabolismo
se lleva a cabo y consiste en generar la energía que necesita la
célula para realizar procesos vitales, como desplazarse o dividirse,
entre otros. En esta etapa ocurre uno de los ciclos metabólicos más
importantes de la biología: el ciclo de los ácidos tricarboxílicos o
ciclo de Krebs. Así pues, todas las moléculas que sirven a un
organismo como fuente de subsistencia son llevadas, por medio de
diversos caminos de degradación, a un camino metabólico común.
Esta vía metabólica común degrada una sola molécula en una serie
de pasos y como resultado se obtiene energía principalmente en
forma de ATP. Los caminos metabólicos están finamente
controlados. Estos mecanismos de control consisten en que los
niveles de algunos productos regulan la actividad de algunas
enzimas, de tal forma que su actividad se incrementa o disminuye
dependiendo de los niveles del producto. Por otra parte, las
concentraciones de ATP, que como ya vimos es una molécula muy
importante en el metabolismo de la célula, regulan también la
actividad de ciertas enzimas y esto lo hacen por medio de la unión
del ATP a las enzimas susceptibles de ser reguladas por esta
molécula. La regulación del metabolismo es vital, y de ésta depende
que un un organismo produzca solamente la cantidad necesaria de
cada una de las moléculas que requiere para subsistir y por lo tanto
que el desperdicio de energía sea mínimo.
26
Tanto las bacterias como las células de los seres superiores generan
la energía necesaria durante el catabolismo y la almacenan en
forma de ATP. Así, éstas pueden realizar funciones vitales como el
movimiento, el transporte de nutrientes a su interior y la síntesis de
las moléculas que forman parte de su estructura o que tienen
funciones específicas y deben ser sintetizadas en el interior. La
síntesis de las moléculas es continua e implica un recambio
constante entre las moléculas que se degradan y las que se
sintetizan. De hecho, los procesos de degradación se conocen,
aunque las señales que los gobiernan son aún tema de intensas
investigaciones.
El estudio del metabolismo se ha apoyado en el uso de
microorganismos a los cuales se les induce un cambio genético o
mutación. Este tipo de enfoque ha permitido entender la mayoría de
las vías metabólicas. Así, por ejemplo, el hongo Neurospora crassa
puede crecer en un medio simple que contenga glucosa como única
fuente de carbono y amoniaco como fuente de nitrógeno. Sin
embargo, si se expone este hongo a rayos X, se obtiene una
neurospora que ya no crece en el medio simple. Esta mutante
solamente puede crecer en un medio de cultivo al cual se le ha
añadido el compuesto que ya no sintetiza dicho microorganismo. Un
ejemplo de esto son las mutantes del hongo que ya no crecen a
menos que se añada al medio un aminoácido conocido como
arginina (como todos los aminoácidos contiene nitrógeno). Lo cual
quiere decir que la síntesis de este aminoácido está alterada y el
hongo, por lo tanto, no puede utilizar el nitrógeno del medio para
sintetizarlo. Esta mutante no crecerá a menos que se le adicione
dicho aminoácido en el medio de cultivo. Existen toda otra serie de
mutantes similares que difieren en los pasos en que el metabolismo
se encuentra alterado; así se han podido conocer las diferentes
etapas que forman parte de una vía metabólica.
II.5 LA MAQUINARIA DEL METABOLISMO
El metabolismo es, entonces, un sistema complejo de reacciones
químicas llevadas a cabo por las enzimas que son las responsables
de la transformación de los nutrientes en moléculas útiles para la
bacteria.
27
Figura 13. Sistemas multienzimáticos. Estos pueden ser tanto
solubles como membranales, de su disposición depende su
función.
La complejidad de los sistemas multienzimáticos que lleva a cabo el
metabolismo es variable. En algunos casos las enzimas se
encuentran en el interior de la célula y las moléculas que van a ser
degradadas interaccionan libremente. Estos sistemas funcionan con
base en la difusión libre de los productos del metabolismo
(metabolitos) en el interior de la bacteria o célula. En otras
palabras, la probabilidad de que una molécula interaccione con la
enzima adecuada es alta y la reacción ocurre por lo tanto a una
gran velocidad. Por otra parte, existen sistemas multienzimáticos
organizados espacialmente en la membrana celular; esto permite
que las reacciones ocurran de una manera organizada, funcionando
juntos como una perfecta maquinaria engranada. Este tipo de
disposición de las enzimas en una membrana puede llegar a ser
muy complicada. De hecho, su funcionamiento es aún un problema
biológico que atrae la atención de varios grupos de científicos en el
28
mundo. Estos complejos enzimáticos altamente organizados forman
parte indispensable de los organismos vivos desde las bacterias
hasta los mamíferos. La interacción íntima entre sus componentes
facilita la difusión de los metabolitos, y por lo tanto la velocidad a la
que ocurren las reacciones es también muy alta. La figura 13 ilustra
los tipos de sistemas enzimáticos y su disposición en el interior de
la bacteria o de su membrana.
El metabolismo puede tener dirección y tamaño. Como ya vimos,
existen sistemas multienzimáticos asociados a una membrana
celular. Estos sistema generalmente aprovechan la división entre
uno y otro lado de la membrana, es decir entre el interior y el
exterior de la bacteria. Esta disposición permite dividir un
compartimiento de otro, ya que las membranas celulares son
impermeables.
La idea de que el metabolismo en compartimientos puede tener
dirección y tamaño parece complicado o sin sentido, y así fue como
lo tomaron los bioquímicos en los años sesenta. En 1961, Peter
Mitchell, un microbiólogo inglés, propuso por primera vez que la
síntesis de la molécula conocida como ATP, se debía a que ciertas
reacciones metabólicas tenían como resultado el movimiento de una
especie química cargada o ión, en este caso un protón (H+). Este
protón, entonces, era el responsable de que el ATP fuera sintetizado.
Figura 14. Algunas reacciones metabólicas tienen dirección y
magnitud; estas reacciones se llevan a cabo en una membrana
que funciona como barrera y que permite acumular una especie
química, que al equilibrarse genera trabajo o energía.
La forma como funciona el complejo enzimático que sintetiza el ATP
puede expresarse así: logra que un protón que se encuentra en el
29
interior sea sacado al exterior. La figura 14 muestra en forma
esquemática este proceso. Sumergidas en la membrana de la
bacteria se encuentran las enzimas que componen la cadena
respiratoria (así se les conoce, ya que al funcionar consumen
oxígeno). La cadena respiratoria utiliza los compuestos que se
producen durante el catabolismo en el ciclo de Krebs; éstos tienen
la propiedad de ceder un electrón que con un protón formará un
hidrógeno que ya no tiene carga. Este hidrógeno es transportado al
lado opuesto de la membrana en donde pierde nuevamente el
electrón y se libera el protón resultante al medio. Así, al cabo de
varios ciclos se logra acumular una gran cantidad de protones en el
exterior de la bacteria y esto tiene como consecuencia que se
establezca una diferencia en la concentración de protones, que
tiene la tendencia natural a equilibrarse. Un ejemplo podría ser la
situación imaginaria de que un grupo grande de personas se
encuentre en un pequeño cuarto comunicado con otro por una
puerta que sólo se mueve en el sentido del cuarto vacío. Al estar
tan apretadas empujarán dicha puerta y se empezará a llenar el
cuarto vacío, y pasado un tiempo el número de personas será igual
en ambos cuartos. Volviendo a la membrana de una bacteria, lo que
ocurre es que la energía que se libera cuando se reequilibria la
concentración de los protones en ambos lados de la membrana,
permite que se sintetice el ATP.
Lo anterior, que hoy en día se ve claro, fue muy difícil de aceptar
por la comunidad científica de la época y pasaron 16 años para que
esta teoría fuera completamente aceptada. Su aceptación culminó
con la entrega del premio Nobel a Peter Mitchell, ya que su teoría
permitió explicar una gran cantidad de fenómenos hasta entonces
oscuros. Por ejemplo, si estas reacciones con dirección producen
una diferencia en la concentración de protones se tendrá también
una diferencia de cargas (+) (afuera una gran carga positiva). Esto
puede ser usado por algunas especies químicas para entrar, por
ejemplo, si su carga es positiva (A+), o para salir si es negativa (B). Como estos procesos metabólicos tienen dirección, magnitud y
sentido, se dice que son "vectoriales"; además, son muy
complicados y todavía no los comprendemos en su totalidad, pero
baste decir que constituyen un pilar fundamental de los procesos
energéticos celulares, ya que explican reacciones vitales como la
síntesis del ATP o el transporte de nutrientes. Hasta ahora hemos
visto a las bacterias que necesitan obtener su energía a partir de los
nutrientes que se encuentran en el medio. Sin embargo, otro grupo
de bacterias muy importantes son aquéllas cuya fuente principal de
energía es la luz que proviene del Sol y de ellas nos ocuparemos a
continuación.
II.6 BACTERIAS FOTOSINTÉTICAS
Menos familiares para nosotros, pero igualmente importantes, son
las bacterias que tienen la facultad de utilizar la luz como fuente de
energía. Éstas desempeñan un papel fundamental en la ecología y
han servido para el estudio del proceso molecular de la fotosíntesis
30
en numerosos laboratorios. Cuando se toman muestras de las
profundidades de un lago, cualquiera se sorprendería al notar que el
agua huele muy mal; además, hay que agregar el color verdoso o
rojizo del agua. Si la analizamos con más detalle, veremos que hay
producción de gas y que no existe oxígeno. Este ambiente tan hostil
alberga a las poco conocidas bacterias fotosintéticas, responsables
de una gran parte de la producción de materia orgánica en los lagos
y parte importante de la cadena biológica. Estos organismos son
muy antiguos y se piensa que son los descendientes directos de las
primeras células fotosintéticas que existieron en la Tierra, entre las
que se pueden contar las algas verdeazules y las bacterias
fotosintéticas verdes y púrpuras. Las algas verdeazules se pueden
encontrar como células únicas o en colonias en la tierra, los ríos, los
lagos y los océanos. Estos organismos pueden vivir utilizando CO2como única fuente de carbono y algunos son capaces de fijar el
nitrógeno atmosférico.
Las bacterias fotosintéticas verdes que producen azufre
(sulfurosas), como Chlorobium, viven en ambientes carentes de
oxígeno, como en el fondo de algunos lagos ricos en materia
orgánica. Estos organismos le dan el color verde característico a
estas aguas. Así encontramos también bacterias púrpuras
sulfurosas, como Chromatium, que viven en ambientes también
carentes de oxígeno y que utilizan compuestos con azufre en su
metabolismo. Éstas se encuentran también en algunos lagos y en
manantiales de aguas termales sulfurosas. Finalmente tenemos a
las bacterias púrpuras no sulfurosas, que tienen la peculiaridad de
utilizar la luz en ausencia de oxígeno, como las bacterias verdes y
las púrpuras sulfurosas, pero además pueden utilizar al oxígeno
durante los periodos de oscuridad. Estas bacterias poseen en su
interior una complicada organización de moléculas encargadas de
captar la luz solar y conservar la energía proporcionada por esta
forma de energía química. La luz que es aprovechada es la luz
visible y gran parte de la cual es empleada también por las plantas
verdes, de tal forma que los pigmentos encargados de captar la luz
lo hacen en las regiones del espectro de la luz visible que no son
utilizadas por las plantas. Estas moléculas se conocen como
pigmentos antena y, dado que la intensidad de la luz que llega a las
profundidades donde se encuentran estas bacterias es muy baja, su
captación debe ser muy eficiente para así aprovechar la energía al
máximo.
Estos microorganismos cuentan con estructuras internas que
contienen las moléculas que captan la luz de tan baja intensidad.
Estas estructuras se conocen como cromatóforos y contienen
moléculas de clorofila típica de estas bacterias, que son las que
captan la luz y retienen la energía que ésta proporciona (Figura 15).
Las bacterias fotosintéticas realizan una parte muy importante de la
transformación y generación de la materia orgánica de lagos y ríos.
Su existencia es determinante en el frágil equilibrio energético de
este planeta. Estudiarlas es de gran importancia. En México existen
31
ya algunos grupos interesados en estos microorganismos y en sus
mecanismos de transformación y conservación de la energía solar.
La fotosíntesis. Éste es sin duda uno de los procesos más
importantes de captura de energía en nuestro planeta y lo podemos
definir como la forma de utilización de energía solar que han
desarrollado algunos microorganismos fotosintéticos y las plantas,
mediante la cual llevan a cabo la síntesis de todos sus componentes
celulares. Este proceso es fundamental para todos los organismos
vivos, ya que es la piedra angular del ciclo de utilización de la
materia en la Tierra.
La luz solar es la fuente primordial de energía en la Tierra, tanto
para los organismos fotosintéticos como para casi todos los
organismos heterótrofos. Se utiliza a través de una complicada
serie de procesos que van desde las cadenas alimenticias hasta
complejos procesos industriales. Por ejemplo, el hombre utiliza la
energía generada por la fotosíntesis de organismos que existieron
hace millones de años y cuyos productos de descomposición se
emplean en forma de gasolinas y derivados del petróleo, que
proporcionan los combustibles para casi todas las máquinas
construidas por el hombre.
Figura 15. Micrografía electrónica de una bacteria fotosintética no
sulfurosa, Rhodospirillum rubrum. En su interior se pueden
observar pequeñas estructuras llamadas cromatóforos.
El descubrimiento de la fotosíntesis. El desarrollo histórico de la
fotosíntesis se inicia entre 1770 y 1777 cuando Joseph Priestley,
uno de los descubridores del oxígeno, llevó a cabo importantes
32
experimentos sobre el intercambio de materia que ocurre durante la
fotosíntesis. El experimento de Priestley consistió básicamente en
consumir el oxígeno de un recipiente cerrado, lo que logró con una
vela que ardía en el interior. Al consumirse el oxígeno, observó que
la vela se apagaba. Por otra parte, si en dicho recipiente con aire se
introducía además de la vela un ratón, al poco tiempo de
consumirse el oxígeno de la cámara el animal moría. Ahora bien, si
dentro del recipiente se incluía una planta, tanto la vela como el
ratón se mantenían sin problema alguno. Priestley concluyó que las
plantas verdes llevan a cabo la producción del oxígeno. Al parecer,
este proceso era la inversa de la respiración en los animales, en la
cual se consume oxígeno. A pesar de tan acertados experimentos,
Priestley no logró determinar que este proceso estaba ligado a la
luz. Fue Ingenhousz, un médico holandés, quien lo descubrió
algunos años después, identificando que la porción verde de las
plantas era la responsable de la producción del oxígeno.
Posteriormente, en el siglo XIX se concretó otra serie de
importantes descubrimientos que condujeron finalmente a dilucidar
que las responsables de la fotosíntesis en las plantas son las hojas y
que hay producción de materia orgánica durante este proceso que
se puede esquematizar como sigue:
6CO2 + 6H2O + energía luminosa - C6H12O6 (glucosa) + 6 O2
La capacidad de llevar a cabo el proceso de fotosíntesis se
encuentra en una gran variedad de organismos, tanto en bacterias
como en plantas y algas.
I I I . L A S B A C T E R I A S Y L A
H I S T O R I A D E L A T I E R R A
EN LA Antigüedad los sabios sostenían que la vida en la Tierra
consistía fundamentalmente en dos formas de vida: las plantas y
los animales. Más adelante, cuando los microbios fueron
descubiertos, la división se hizo de una forma similar; los
organismos más grandes y que se movían se consideraban como
animales, y los que aparentemente no se movían, incluyendo a las
bacterias, se consideraban como plantas. Conforme avanzó el
conocimiento sobre el mundo microscópico, se llegó a la conclusión
de que la clasificación original era insuficiente y se propusieron
categorías adicionales tales como hongos, protozoarios y bacterias.
Sin embargo, posteriormente una nueva simplificación se llevó a
cabo, ya que se pensó que los seres vivos podrían ser divididos en
dos nuevamente, sólo que esta división sería a un nivel más
profundo, es decir, sobre la estructura de la célula viviente.
Aparentemente todas las células vistas en un microscopio
pertenecían a una de dos categorías: las que tienen un núcleo bien
definido (eucariontes o eucariótico, que significa de núcleo
33
verdadero) y las células sin núcleo (procarionte, que quiere decir
literalmente antes del núcleo, figura 6)
Las plantas y los animales multicelulares, lo mismo que varios
organismos unicelulares y microscópicos como las levaduras y los
protozoarios, tienen un núcleo bien definido y son eucariontes. Por
otro lado están las bacterias que no tienen núcleo. Hasta aquí no
parecía haber dificultad alguna en la clasificación, sin embargo, muy
recientemente un grupo de investigadores ha revisado la
clasificación que hasta ahora prevalecía y llegó a interesantes
conclusiones: se encontró que entre las bacterias existe un grupo
de organismos que no parece estar relacionado ni con los
organismos superiores ni con los más simples. Estos nuevos
organismos tampoco contienen núcleo, como las bacterias, y se
parecen mucho a éstas en su morfología vistas en un microscopio.
Sin embargo, en su composición química y en la estructura de
algunos de sus componentes moleculares son tan distintos de las
bacterias (procariontes) como lo son de los organismos superiores
(eucariontes).
Estos microbios forman por sí mismos un nuevo grupo, que se
caracteriza por tener una forma de vida completamente diferente a
lo conocido hasta ahora, al que se ha dado el nombre de
arqueobacterias (arqueo: viejo o primitivo) y este curioso nombre
hace evidentes algunas conjeturas sobre su origen aún no
comprobadas. Hay indicios de que este grupo de organismos es por
lo menos tan antiguo como los otros dos, pero como algunas clases
de arqueobacterias tienen formas de metabolismo que se adecuan
bien a las condiciones climáticas que prevalecían probablemente en
los orígenes de la historia de la Tierra, posiblemente las
arqueobacterias son el grupo más antiguo de los tres.
III.2 BACTERIAS FÓSILES
Un hecho muy importante es que no solamente los animales y las
plantas han dejado restos de su existencia como fósiles, sino que
las bacterias, aunque pequeñas, también imprimieron la huella de
su pasado en la Tierra, ya que, como vimos, estos pequeños
organismos son capaces de modificar el medio ambiente. Los
microfósiles, es decir los fósiles de las bacterias, se encuentran en
sedimentos de todas las edades geológicas e incluso en las rocas
sedimentarias que tienen 3 500 millones de años y que son las más
antiguas que se conocen. Las bacterias o microbios existieron en un
periodo de la historia de la Tierra en el que no había otras formas
de vida. La Era de las bacterias fue muy importante, ya que en ella
se produjo toda una serie de eventos evolutivos y geológicos. Hasta
hace muy poco no se sabía gran cosa sobre la Era de los
microorganismos y, por otra parte, los microfósiles aislados no dan
mucha información. Sin embargo, se han descubierto otras
estructuras fósiles de bacterias que forman aglomerados llamados
estromatolitos y que son aparentemente colonias de bacterias
mezcladas con minerales. Hoy en día se sabe que tales tipos de
estructuras constituyen efectivamente aglomerados peculiares de
34
bacterias que quizá eran fotosintéticas. Se piensa que es así porque
los estromatolitos de bacterias fotosintéticas que se han fosilizado
recientemente se asemejan a los antiguos, a tal grado que es
razonable pensar que las estructuras antiguas también fueron
formadas por bacterias fotosintéticas. Ésta es la única evidencia que
se tiene sobre el origen de la evolución de las bacterias, el cual es
tan oscuro como lo es el origen de las formas de vida superiores
(Figura 16).
Figura 16. ¿Cuál es el antecesor común de todas las formas de
vida? Ésta es sin duda una incógnita de gran importancia, ya que
dentro de este esquema seforma el tronco común, de donde
emergieron los organismos superiores primitivos (eucariontes),
las bacterias y las arqueobacterias.
III.3 LA BIOQUÍMICA Y LA EVOLUCIÓN
La biología se ha servido de la bioquímica para tratar de descifrar el
pasado de una célula o bacteria. Para tal fin se han utilizado
35
moléculas propias de la célula como lo son las proteínas y los ácidos
nucleicos (ácido ribonucleico, ARN, y ácido desoxirribonucleico,
ADN). La idea en que se apoya este proceso se basa en que los
organismos vivientes son mucho más ricos en información que los
fósiles, información que se extiende más allá de los fósiles más
antiguos. Sin embargo, para poder descifrar los antecedentes
biológicos ha sido necesario desarrollar la tecnología para
determinar la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN) que
conforma un gene, la del ARN y la del producto de un gene, como
son las proteínas. Para el caso de las proteínas (del griego proteios,
primero), desde hace aproximadamente 25 años se llevan a cabo
las determinaciones de las secuencias de aminoácidos que
constituyen a varias de ellas. Sin embargo, la tecnología para la
determinación de la secuencia de bases de ADN o ARN que forman los
ácidos nucleicos ha sido perfeccionada muy recientemente (premio
Nobel de Química 1980). Esta nueva tecnología permitirá sin duda
descubrir rápidamente más acerca de la historia de la vida sobre la
Tierra.
Ha sido con estas técnicas, que un grupo de científicos ha logrado
reconocer recientemente a las arqueobacterias como una tercera
forma de vida. Para apreciar la verdadera diferencia entre las
arqueobacterias y las otras dos formas de vida, debemos recordar
que se han definido criterios para distinguirlas.
Recordemos que las células de los organismos superiores son
relativamente grandes y están rodeadas por una membrana dentro
de la cual se encuentra una serie de estructuras que a su vez están
rodeadas de otras membranas. Estas estructuras subcelulares se
llaman organelos. Por otra parte, las bacterias son muy distintas.
En primer lugar, son más pequeñas, y en segundo lugar, ninguna
de las estructuras que mencionamos antes se encuentra en ellas.
Las bacterias están rodeadas por una sola membrana y en la
mayoría de los casos están rodeadas, además, de una pared celular
rígida. Toda la información genética de estos organismos está
contenida en unos 2 000 a 3 000 genes, información que es muy
pequeña comparada con la contenida en la célula de un animal
superior. La cantidad de información genética en una célula
eucarionte es varios cientos de miles de veces mayor que la de una
bacteria.
La distinción entre seres superiores y bacterias se definió
inicialmente en términos de las pequeñas estructuras subcelulares
que se podían observar con un microscopio de luz. A ese nivel de
definición, las células parecían grandes y complejas o pequeñas y
simples. Sin embargo, esta distinción se ha tratado de llevar a
niveles biológicos básicos, o sea a las moléculas que conforman
dicha célula.
Ambos tipos de célula tienen procesos bioquímicos comunes, como,
por ejemplo, los mecanismos por medio de los cuales se transforma
la información genética que contiene el ADN en proteínas; sin
36
embargo, algunos detalles sobre los mecanismos de estos procesos
son, o bien típicamente de los organismos superiores, o bien
típicamente bacterianos. Estas diferencias y similitudes dieron la
pauta para que pareciera evidente que el árbol de la vida tenía sólo
dos ramas, la de las bacterias y la de los organismos superiores.
Recientemente se han acumulado una serie de evidencias que
indican que la relación evolutiva entre ambos reinos es más
complicada de lo que se pensaba. Por ejemplo, dos organelos
subcelulares, como las mitocondrias y los cloroplastos, contienen su
propio ADN, aparte del que se encuentra en el núcleo. Ambos tipos
de organelos subcelulares son del tamaño de una bacteria y el
aparato que contienen, destinado al procesamiento de material
genético, es muy similar al de las bacterias.
Estas evidencias, entre otras, han llevado a pensar que tanto las
mitocondrias como los cloroplastos descienden de los procariontes,
y que quedaron atrapados dentro de una célula donde se
desarrollaron, según propone la teoría endosimbiótica de la
evolución (endo=interior, simbiosis=convivencia o relación). Esta
teoría propone que la mitocondria era una bacteria respiratoria y el
cloroplasto una bacteria fotosintética. Esta conjetura, que
prevaleció durante más de cien años, fue comprobada para el caso
de los cloroplastos y se logró comparando las secuencias de bases
de una molécula de ARN (ácido ribonucleico), que resultaron estar
íntimamente relacionadas con las de las bacterias fotosintéticas.
Esto implica que por lo menos dos líneas descendientes de las
bacterias están representadas en la célula de los organismos
superiores.
III.4 UN MODO DE VIDA DIFERENTE
Con estos antecedentes podemos regresar al tema de las
arqueobacterias. Cabe aclarar que hoy en día se conoce poco sobre
las leyes biológicas que gobiernan a estos peculiares microbios y
que se trata de un campo en pleno desarrollo. El grupo de las
arqueobacterias incluye tres tipos de bacterias: metanogénicas, las
que producen metano; halófilas extremas, las que viven en medios
salinos extremos, y termoacidófilas, las que subsisten en ambientes
calientes y ácidos. De los tres tipos las que predominan son las
metanogénicas.
En 1776 Alessandro Volta descubrió la existencia de lo que él llamó
aire combustible, que se forma en las aguas estancadas de
riachuelos y lagos, que tienen gran cantidad de sedimentos ricos en
vegetación en proceso de descomposición. Sin embargo, el hecho
de que un microorganismo fuera el responsable de la producción de
metano (el gas combustible), se descubrió mucho más tarde. Las
bacterias metanogénicas están ampliamente distribuidas en la
naturaleza en sitios carentes de oxígeno y por esta razón es
imposible encontrarlas a cielo abierto, ya que el oxígeno es
altamente tóxico para estos organismos.
37
Es posible que las bacterias metanogénicas existieran en casi
cualquier sitio cuando la Tierra era aún joven, ya que
probablemente las condiciones atmosféricas eran más adecuadas
para ellas. Hoy sólo se encuentran en sitios donde el oxígeno está
ausente, y presente el hidrógeno y el bióxido de carbono (C02).
También es frecuente encontrar a estas bacterias asociadas a otras
como las del género Clostridium, que metabolizan la materia
orgánica en descomposición y liberan al medio hidrógeno como
producto de desecho.
Este tipo de arqueobacterias, como ya mencionábamos, se
encuentra en lugares donde hay agua estancada en putrefacción o
en las plantas para el tratamiento de aguas negras. En la
actualidad, el hombre ya las está aprovechando y se han podido
obtener volúmenes suficientes de gas metano para ser utilizados
industrialmente como combustible, hecho que atrae la atención de
muchos científicos, ya que propone una alternativa al agotamiento
de los energéticos no renovables.
Las metanógenas se encuentran también en uno de los estómagos
de los rumiantes, en el que se degrada la celulosa, y en el tracto
digestivo de la mayoría de los animales. También se pueden
obtener del fondo de los océanos o de los manantiales de aguas
termales, lo que demuestra que, a pesar de su intolerancia al
oxígeno, se encuentran ampliamente distribuidas sobre la Tierra.
Actualmente estas bacterias se mantienen, en condiciones
adecuadas, en varios laboratorios del mundo y son utilizadas en las
investigaciones sobre sus procesos metabólicos.
Otro tipo de arqueobacterias son las halófilas extremas, que
requieren concentraciones muy altas de sal para vivir. Su
localización más común es en aguas que contienen cantidades
saturantes de cloruro de sodio (sal). Se encuentran más
comúnmente a lo largo de las costas y en aguas saturadas de sal
como los grandes lagos salados o el Mar Muerto.
Las halófilas extremas dan un color rojizo a la sal en los pozos de
evaporación y son capaces de descomponer el pescado salado.
Estas bacterias han llamado la atención de los microbiólogos
básicamente por dos razones. La primera es que presentan
mecanismos
para
mantener
diferencias
enormes
en
la
concentración de iones, como el sodio o el cloro, entre el interior y
el exterior de la célula, y utilizan estas diferencias de concentración
para el transporte de sustancias hacia el interior o el exterior de la
célula. En segundo lugar, estas bacterias tienen un sistema
fotosintético relativamente simple, ya que no se basa en la
presencia de clorofila como en la molécula que capta la energía
luminosa, sino en un pigmento presente en su membrana, llamado
bacteriorrodopsina, que es muy similar a uno de los pigmentos que
se encuentran en la retina del ojo. Dicho pigmento ha sido muy
estudiado y actualmente se conocen su estructura y su función con
gran detalle, lo que ha ayudado enormemente al avance del
38
conocimiento de las proteínas membranales y sobre todo de
aquellas proteínas que transforman la luz en energía química.
El tercer tipo de arqueobacteria que se conoce es el de las
termoacidófilas, que también se caracterizan por habitar en un
nicho ecológico peculiar. Sulfolobus, uno de los dos géneros de
termoacidófilas, se encuentra en los manantiales de aguas
sulfurosas, y crece y se desarrolla generalmente a temperaturas de
aproximadamente 80°C, y algunas variedades lo hacen inclusive a
temperaturas de 90°C. Otra característica particular de Sulfolobus
es que el pH óptimo (la escala de pH se puede dividir en dos
partes: 7.5 a 14, alcalino y de 7.5 a 0, ácido) para su crecimiento
es muy ácido (generalmente pH = 2.0), si tomamos en cuenta que
normalmente el pH adecuado para la vida es de 7.5. Así, se ve
obligada a mantener en su interior un pH (el potencial hidrógeno =
pH se refiere a la concentración de protones H+ en una solución)
de aproximadamente 7.5. Pero no solamente puede sobrevivir con
estas diferencias tan grandes de pH, sino que las aprovecha para
importar nutrientes a su interior (Figura 14).
Por algún tiempo se pensó que estos microorganismos tan
peculiares se habían adaptado a nichos ecológicos distintos y
extremos, pero hoy en día se sabe que integran un nuevo grupo de
microorganismos.
El descubrimiento de un grupo nuevo de organismos es de gran
importancia, ya que ayudará a revelar la historia del origen de la
vida. Cuando solamente se conocían dos líneas a partir de las
cuales se originarían todos los organismos vivientes, se hacía muy
difícil la interpretación de las diferencias que las separan. Ha sido a
partir del descubrimiento de una tercera línea de vida que la
interpretación de las propiedades ancestrales y las recientemente
adquiridas se ha hecho más equilibrada, ya que estas tres líneas de
desarrollo son equidistantes entre sí.
El descubrimiento de las arqueobacterias ha permitido el
acercamiento a dos problemas de gran importancia. Uno de ellos es
la naturaleza del antecesor común a todas las formas de vida y el
otro se refiere a la incógnita sobre la evolución de la célula de los
organismos superiores.
I V .
L O S
M I C R O B I O S A L
D E L H O M B R E
S E R V I C I O
Los microbios útiles para el hombre constituyen solamente una
proporción muy pequeña de la amplia variedad de especies que
existe en la naturaleza. El papel que desempeñan algunos de ellos
en la fabricación de la cerveza, el pan y el vino fue descubierto en
forma accidental hace mucho tiempo. Por ejemplo, la
transformación que sufre el jugo de uva y la masa para hacer el
39
pan, hoy en día se sabe que se debe a las levaduras.
Microorganismos bien conocidos también lo son las bacterias que
acidifican la leche o los hongos microscópicos que le confieren su
carácter tan particular a los quesos. A estos tres grupos de
microorganismos hay que agregar los actinomicetos, que son
hongos filamentosos que viven en la tierra y que se han utilizado
para la producción de antibióticos a partir del decenio de los años
40 del presente siglo.
Es difícil clasificar a los microorganismos en útiles y no útiles, o en
buenos y malos, ya que todos participan en el reciclaje de las
moléculas del mundo orgánico y también en la conservación de una
parte de la ecología; de tal forma que los microbios no sólo son
útiles sino indispensables para la vida como la conocemos
actualmente. Algunos son nocivos para los animales o plantas pero,
en proporción, son muy pocos.
Existe un buen número de microorganismos que está siendo
utilizado en la industria. Esto se debe a que producen un compuesto
de alto valor que no puede ser obtenido de una manera tan sencilla
o tan económica por las técnicas químicas usuales. En algunos otros
casos, los microorganismos son cultivados por su valor intrínseco,
como es el caso de la levadura de panadería. Sin embargo, en la
mayoría de los casos la sustancia buscada es un producto de su
metabolismo, como es el caso del alcohol o algún antibiótico, por
ejemplo.
Figura 17 (a) Los hongos y las levaduras son microorganismos
que forman estructuras visibles y en ocasiones muy coloridas.
Varios de estos microorganismos producen sustancias de interés
40
en la industria, como la cerveza, el sake y hasta colorantes
biológicos
Figura 17 (b) Hongos: 1. Penicillium chrysogenum 2. Monascus
purpurea 3. Penicillium notatum 4. Aspergillus niger 5.
Aspergillus oryzae. Levaduras: 1. Saccharomyces cerevisiae 2.
Candida utilis 3. Aureobasidium pullulans 4. Trichosporon
cutaneum 5. Saccharomycopsis capsularis 6. Saccharomycopsis
lipolytica 7. Hanseniaspora guilliermondii 8. Hansenula capsulata
9. Saccharomyces carlsbergensis 10. Saccharomyces rouxii 11.
Rhodotorula rubra 12. Phaffia rhodozyma 13. Cryptococcus
laurentii 14. Metschnikowia pulcherrima 15. Rhodotorula pallida.
IV.1 LA VIDA CON O SIN OXÍGENO
Los microorganismos se pueden dividir en tres grupos dependiendo
del ambiente que necesitan para vivir. El primer grupo lo forman los
organismos aeróbicos estrictos, que son aquellos que no pueden
tener actividad metabólica ni crecer más que en presencia de
oxígeno. El segundo grupo reúne a los organismos anaeróbicos
estrictos, que llevan a cabo su actividad metabólica y crecimiento
en ausencia total de oxígeno atmosférico. El tercer grupo está
constituido por los organismos aeróbicos facultativos, los cuales
presentan actividad metabólica en presencia de oxígeno
(respiración) y en ausencia de oxígeno (fermentación) dependiendo
del medio en el que se encuentren.
41
De los microorganismos aeróbicos estrictos podemos mencionar a
los estreptomicetos, que son hongos microscópicos productores de
antibiótico. También son aeróbicos la mayoría de los hongos
filamentosos, como el Penicillum notatum, productor de la
penicilina.
Los organismos anaeróbicos estrictos están representados por las
bacterias del género Clostridium, como Clostridium botulinum,
fuente de la toxina productora de la enfermedad conocida como
botulismo. Otro ejemplo es la Salmonella tryphi, causante de
muchas infecciones intestinales en el ser humano.
Las levaduras industriales son microorganismos facultativos que
pueden respirar o fermentar de acuerdo con las condiciones en que
se les cultive. El metabolismo anaeróbico, como la fermentación, es
menos eficiente que la respiración, ya que la primera no aprovecha
toda la energía de las moléculas como los azúcares. Algunos
productos, como por ejemplo el alcohol etílico, son excretados por
la levadura como producto de desecho, ya que en ausencia de
oxígeno este producto no puede ser aprovechado en su totalidad.
Las vías bioquímicas de la fermentación que conducen a la
formación de productos útiles son diversas. Estas vías son de dos
tipos: las homofermentarias, que son las que conducen a un
producto principal, y las heterofermentarias que dan dos o más
productos. Así pues, algunos bacilos son homofermentarios y
producen ácido láctico a partir de azúcares; por otra parte, existen
otros bacilos lácticos heterofermentarios que producen ácido láctico,
alcohol etílico y gas carbónico por diferentes vías metabólicas. Otro
organismo heterofermentario es el Clostridium aceto butylicum, que
transforma la glucosa en una mezcla de acetona, alcohol etílico,
isopropanol y butanol.
Por otra parte, el crecimiento aeróbico que llevan a cabo algunos
microorganismos es más eficiente para la producción de biomasa
(número de organismos obtenidos a partir de una cantidad dada de
nutrientes), ya que estos organismos degradan completamente las
moléculas nutritivas y les extraen el máximo de energía. Esto
quiere decir que si la meta de la producción industrial es mejorar
los sistemas de obtención de grandes cantidades de organismos,
como es el caso de la levadura destinada a la panadería, es
ventajoso trabajar con el organismo en condiciones aeróbicas ya
que de esta forma se utilizan los sustratos al máximo por
respiración y por lo tanto se obtendrán muchas más levaduras por
cantidad de nutrientes.
IV.2 LA MANIPULACIÓN GENÉTICA
Una forma de obtención de compuestos orgánicos a partir de
organismos aeróbicos es mediante la manipulación genética, esto
quiere decir que se pueden modificar, a través de cambios o
mutaciones de los genes, los mecanismos por medio de los cuales
los organismos transforman los nutrientes en las miles de moléculas
42
que constituyen una célula viviente. En condiciones metabólicas
normales, cada uno de los constituyentes necesarios para la célula
se fabrica en cantidades justas y suficientes. Esta fabricación
controlada se lleva a cabo gracias a una serie de mecanismos de
regulación genética que detienen la fabricación de intermediarios y
de productos finales de una vía metabólica dada. Los microbiólogos
han seleccionado colonias o cepas de bacterias mutantes en las que
esta regulación tan fina se encuentre alterada, de tal forma que
convenga para ciertos fines. Por ejemplo, algunos metabolitos
primarios, que son necesarios para el crecimiento celular, son
producidos en cantidades necesarias para la fabricación de
moléculas utilizadas por la célula. Una mutante interesante es
Corynebacterium glutamicum, defectuosa en su mecanismo de
regulación para la producción de lisina, un aminoácido necesario
para la síntesis de algunas proteínas, capaz de producir 50 gramos
de lisina por litro de medio de cultivo. Este tipo de metabolito es
considerado como primario y la mutante lo produce en exceso.
Generalmente, las bacterias mutantes se separan de las silvestres
haciéndolas crecer en un medio de cultivo en donde solamente
dichas mutantes sobreviven. Para ello se incluyen en el medio
antibióticos que impiden el crecimiento de las silvestres y no
afectan a las mutantes.
Son considerados metabolitos secundarios aquellos que no se
requieren en la biosíntesis celular. Algunos microorganismos los
sintetizan en la fase tardía de su crecimiento por razones hasta el
momento oscuras. Uno de los casos más conocidos son los
antibióticos; estos metabolitos secundarios no desempeñan un
papel directo en el metabolismo energético de la célula o en su
crecimiento. Por estas razones se piensa que estas sustancias
contribuyen a la sobrevivencia del organismo al inhibir el
crecimiento de posibles competidores que podrían ocupar el mismo
nicho ecológico. Los organismos que producen este tipo de
metabolitos secundarios son sensibles a sus propios antibióticos
durante la fase inicial de crecimiento, sin embargo, durante la fase
en la cual secretan el antibiótico, son insensibles a su presencia.
Otra clase de sustancias importantes para la industria son las
enzimas. Hasta la fecha no ha sido posible sintetizar una enzima en
el laboratorio y su aislamiento puede ser un trabajo largo y de bajo
rendimiento. Por otra parte, los microorganismos dependen de las
enzimas para la degradación de las moléculas complejas. Las
bacterias solamente producen la cantidad necesaria de enzimas, de
la misma forma que otros productos del metabolismo. Sin embargo,
por medio de las técnicas de ingeniería genética se pueden
seleccionar microorganismos mutantes que sobreproduzcan alguna
enzima en particular.
Un método para incrementar la síntesis de una enzima es el de
inducción. Cada enzima tiene su huella genética en la secuencia de
una molécula de ADN. A esta secuencia se le denomina gene
estructural y, en una bacteria, se encuentra en el único cromosoma
43
que ésta posee. Los genes estructurales con la información para la
síntesis de una enzima están normalmente inactivos en ausencia del
sustrato para dicha enzima. Por lo tanto, se dice que está reprimida
la producción de una enzima y solamente cuando se agrega el
sustrato requerido, o un análogo, el gene estructural es activado y
dicha enzima es sintetizada, proceso al que se denomina
desrepresión o inducción, y a las enzimas que responden se les
llama inducibles, para distinguirlas de las que no son afectadas por
la presencia del sustrato y que se denominan constitutivas. En
algunos casos el inductor puede ser el producto de una reacción
enzimática. Un ejemplo de esta situación es la enzima glucamilasa
del hongo Aspergillus niger, la cual se encarga de romper la cadena
de azúcares que componen al almidón en moléculas de glucosa. Sin
embargo, para inducir la síntesis de glucamilasa no es necesario
que el almidón se encuentre presente en el medio, ya que algunos
análogos que son malos como sustratos son potentes inductores de
la enzima. Gracias a estos métodos, se ha podido sobreproducir
sustancias de gran importancia para la industria y para la medicina.
IV.3 LA INDUSTRIA Y SUS PEQUEÑOS ALIADOS
Las levaduras fueron explotadas durante miles de años para la
elaboración de bebidas alcohólicas y de pan. Esto ocurrió antes de
que se identificara a las levaduras como un microorganismo y de
que se conociera la verdadera naturaleza de la fermentación.
Antonie van Leeuwenhoek fue el primero en observar la presencia
de las levaduras en la fermentación de la cerveza. Casi 200 años
después, en 1876, Louis Pasteur presentó sus ideas sobre la
fermentación en una obra clásica titulada Études sur la Bière
("Estudios sobre la cerveza"), en la cual postula que los
microorganismos que viven en condiciones anaeróbicas son capaces
de crecer y vivir sustituyendo al proceso de respiración por la
fermentación. Este proceso convierte azúcares en alcohol y bióxido
de carbono, y provee a las levaduras con la energía necesaria para
su subsistencia. Este científico propuso además que cuando se
cultivan las levaduras en presencia de oxígeno, el proceso de
fermentación se detiene y es sustituido por la respiración o
consumo de oxígeno, proceso que sí degrada el azúcar hasta CO2 y
agua y no produce alcohol. La fermentación es muy importante
socialmente, ya que mediante ella se producen las bebidas
alcohólicas que han tenido un papel importante en la historia. El
vino, por ejemplo, es el producto de la fermentación del jugo fresco
de frutas, de las cuales tal vez la más popular sea la uva, aunque
también se usa ocasionalmente la pera, el higo y algunos cereales.
Estos jugos son generalmente ácidos (tienen un pH de
aproximadamente 5), lo cual es favorable para que se lleve a cabo
la llamada fermentación alcohólica. La "infección" del jugo ocurre
inmediatamente. Pasteur fue el primero en mostrar que hay
levaduras en la cáscara de la uva y sobre todo cuando está próxima
a madurar. Dichas levaduras forman grandes colonias en los puntos
donde se lesiona la fruta y hay salida de jugo. Por otra parte, los
insectos son un factor muy importante en este proceso, ya que
44
diseminan las levaduras entre la fruta. Este hecho se conoció
cuando Wortmann observó cómo un jugo estéril no se fermentaba,
y no fue hasta que una avispa lo tocó que el jugo empezó a
fermentarse.
Figura 18. Las levaduras que son microorganismos con núcleo
han sido aliados importantes para la alimentación del hombre a lo
largo de su historia.
En la superficie de las uvas se encuentra la levadura conocida como
Saccharomyces, que es el principal género responsable de la
fermentación. Durante la fermentación alcohólica las levaduras
convierten en alcohol la dextrosa y la fructosa, dos azúcares que se
encuentran en el jugo de la fruta. La concentración que alcanza el
alcohol es de 14%, ya que a esta concentración tanto la
fermentación como el crecimiento de la levadura se detiene. De
45
esta manera, el vino contiene una concentración limitada de
alcohol; por otra parte, su sabor y aroma se deben principalmente
al contenido de amil-alcohol, ácido acético, ácido láctico y acetato
etílico, siendo todas estas sustancias importantes en la calidad del
producto.
Los azúcares más comúnmente utilizados por las levaduras durante
su crecimiento son la glucosa y la fructosa, que contienen 6 átomos
de carbono. Sin embargo, existen otros compuestos con mayor o
menor número de átomos de carbono y que son de interés en
algunas industrias. Estos azúcares diferentes pueden a su vez ser
metabolizados por algunas levaduras. Por ejemplo, la levadura
Candida utilis, la cual se emplea en la industria alimentaria, puede
crecer metabolizando azúcares de cinco átomos de carbono
(pentosas); esto permite que crezcan en un producto colateral de la
industria del papel que es precisamente un azúcar de cinco átomos
de carbono. Otra levadura, Saccharomycopsis lipolytica, puede
romper cadenas lineales de hidrocarburos de 10 a 16 átomos de
carbono; existe una instalación piloto que ha logrado hacer crecer
esta levadura con buenos resultados en presencia de una fracción
purificada de petróleo, el cual, como se sabe, es un hidrocarburo.
Esta levadura, al crecer, produce ácido cítrico como producto de
desecho, el que a su vez es utilizado en otra serie de procesos
industriales. Asimismo, una variedad limitada de levaduras puede
crecer en presencia de metanol (un alcohol con un solo átomo de
carbono), esto es posible ya que tales levaduras llevan a cabo un
proceso metabólico novedoso que involucra unos organelos
especializados llamados microcuerpos. Lo anterior se ha
aprovechado, ya que el cultivo utilizando metanol es muy barato y
la producción de biomasa de las levaduras es tan abundante que se
utiliza como complemento para la alimentación de animales.
Otra levadura que ha sido útil desde tiempos remotos es la cepa
denominada Saccharomyces cerevisiae. Esta ha sido utilizada en la
elaboración de vino, sake, cerveza y, hoy en día, para la producción
industrial de alcohol.
Una aplicación interesante es la que se le está dando a otra especie,
Phaffia rhodozyma, que produce un pigmento especial llamado
astaxantina. Esta molécula está siendo probada para añadirla en
forma complementaria al alimento de las truchas y salmones de
criadero. Como estos peces pierden el color rosado que presenta su
carne cuando crecen en su hábitat natural, la astaxantina da a la
carne de estos peces nuevamente su color rosado.
Otros tipos de productos metabólicos de los cuales se obtienen
grandes volúmenes a partir de cultivos de microorganismos son el
dextrán y la goma xántica. El dextrán es una cadena de moléculas
de glucosa que se utiliza como complemento del plasma en
enfermos graves o bien como mallas moleculares al entrecruzar sus
cadenas para separar compuestos en el laboratorio con base en su
tamaño. La goma xántica, que es adecuada para el consumo
humano, se agrega en algunos productos alimenticios como
46
estabilizador. También tiene uso en la impresión de textiles, en la
excavación de pozos, como aditivo y en la elaboración de
cosméticos y productos farmacéuticos.
Los hongos microscópicos tienen una gran importancia económica,
tanto por sus beneficios como por el daño que pueden causar. Una
gran parte de la materia orgánica de la tierra es destruida por los
hongos. Esta actividad, por ejemplo, es benéfica, ya que completa
el reciclaje de la materia viviente. Los hongos pueden, sin embargo,
causar un gran número de enfermedades tanto en las plantas como
en los animales: pueden, entre otras cosas, envenenar la comida.
Por ejemplo, el hongo Claviceps purpurea produce una serie de
sustancias venenosas (alcaloides) y parasita a las plantas que come
el ganado. Cuando el ganado consume alimento contaminado se
producen abortos en las hembras, enfermedad que se conoce como
ergotismo. En el humano la toxina produce alucinaciones y en
ocasiones la muerte. Otro tipo de toxinas son las aflatoxinas, que se
producen al almacenar el heno o alimento a base de cacahuate en
condiciones impropias; el hongo llamado Aspergillus flaws las
produce como metabolito secundario y son altamente tóxicas.
Los efectos nocivos de los hongos microscópicos están balanceados
por su multitud de usos en la industria. Así se emplean en algunos
procesos de fermentación, como por ejemplo el almidón del arroz
que es degradado para producir sake, un licor elaborado
principalmente en Japón; la fermentación combinada de frijol de
soya, arroz y malta da lugar a algunos alimentos orientales como el
miso, el shoyu y el tempeh. Algunas enzimas provenientes de
ciertos hongos tienen usos comerciales importantes, como por
ejemplo: las amilasas (degradan almidón), las proteasas (degradan
proteínas) y las pectinasas (degradan pectina). Algunas especies de
hongos producen agentes antibióticos, entre los cuales destaca la
penicilina. Esta sustancia marcó una época importante para la
humanidad, ya que permitió el control de las enfermedades
infecciosas.
47
Figura 19. Bacillus brevis es un microbio muy útil, produce el
antibiótico conocido como gramicidina S, comúnmente utilizado
en el tratamiento de numerosas enfermedades infecciosas
Figura 20. Los hongos también son productores de antibióticos.
La foto muestra al hongo Cephalosporium acremonium que
produce la cefalosporina.
De gran importancia para la industria alimentaria son algunas
levaduras y hongos. Existen varios ejemplos, como la salsa de soya,
la cual se obtiene utilizando a la levadura Saccharomyces rouxii; la
producción de cerveza utiliza la levadura Saccharomyces
carlsbergensis y algunos otros tipos de levaduras son utilizadas
para la producción de vino.
Ejemplos de bacterias importantes en la industria son los que se
dan a continuación: la industria alimentaria aprovecha la bacteria
Lactobacillus bulgaricus (búlgaros) o el Streptococcus thermophilus
para la elaboración de yoghurt; el vinagre puede ser producido por
la bacteria Gluconobacter suboxidans; algunos saborizantes
provienen de una bacteria conocida como Connebacterium
glutamicum.
La industria química produce acetona y butanol a partir de la
bacteria
Clostidium
acetobutylicum,
algunos
polisacáridos
(azúcares) a partir de la bacteria Xanthomonas campestris algunas
vitaminas como por ejemplo la B12 es producida por la bacteria
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Pseudomonas denitrificans o el Propionibacterium. La industria
farmacéutica
fabrica
un
buen
número
de
antibióticos;
Streptomyces, por ejemplo, produce la anfotericina B, la
kanamicina, la neomicina, la estreptomicina, las tetraciclinas, entre
otras y Bacillus brevis produce la gramicidina S.
Otro caso interesante es el de la producción de insecticidas
biológicos. Éstos, los producen dos bacterias, Bacillus thuringiensis
y el Bacillus popilliae, y tienen la ventaja de tener menos efectos
nocivos que los insecticidas sintéticos como el DDT. Pueden, entre
otros usos, emplearse en los silos donde se almacenan granos.
Otra serie de productos, como la insulina, la hormona de
crecimiento y el interferón, pueden ser obtenidos mediante técnicas
de ingeniería genética utilizando la bacteria Escherichia coli.
Así pues, la industria microbiológica se encuentra, al inicio de una
era importante en donde se sustituirán probablemente muchos
procesos tradicionales por otros novedosos que serán sin duda más
eficaces y menos costosos.
Figura 21. Una levadura en proceso de división, vista al
microscopio de barrido de ele
L a
m i c r o b i o l o g í a
e n
f o t o g r a f í a s
49
Figura 1. Antonie van Leeuwenhoek inventor del microscopio y el
primer hombre
que observó los microorganismos
Figura 2. Lazzaro Spallanzani (1729-1799). Fisiólogo italiano, uno
de los primeros investigadores
de la vida microscópica.
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Figura 3. Louis Pasteur es el creador de la microbiología. Estudió
las fermentaciones, las enfermedades contagiosas, la asepsia y
descubrió la vacuna contra la rabia
Figura 4. Portada de uno de los trabajos básicos de Pasteur.
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Figura 5. Cultivo de Mycoderna vini efectuado por Pasteur.
Figura 6. El moho reacciona así al ser sometido a una atmósfera
de aire enrarecido.
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Figura 7. El médico alemán Robert Koch descubrió el bacilo de la
tuberculosis.
Figura 8. Ylia Metchnikoff, microbiólogo ruso que ganó el premio
Nobel por su descubrimiento de los fagocitos.
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Figura 9. Cultivo de bacterias fotosintéticas. Estas bacterias se
mantienen en condiciones controladas de luz y temperatura y son
capaces de reproducirse en grandes cantidades. En la fotografía
aparecen un cultivo líquido y un cultivo sólido, en donde se
mantienen
las
capas,
microorganismos.
libres de
la
contaminación
de
otros
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Figura
10.
De
los
microorganismos
se
obtienen
diversas
sustancias de utilidad variada. Su aislamiento se lleva a cabo por
medio de técnicas bioquímicas convencionales.
Figura 11. Los cultivos en gran escala deben siempre estar libres
de posibles contaminaciones. Así, pues, se prueban medios de
cultivo adecuados para obtener las mejores condiciones de
crecimiento.
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Figura 12. Hoy en día la tecnología es una herramienta muy útil
en el desarrollo de la microbiología. Así, se han creado industrias
dedicadas a apoyar la instrumentación necesaria para el estudio
de los microorganismos
Figura 13. Los avances se basan en las técnicas básicas que
fueron desarrolladas por los pioneros de la microbiología. Hoy en
día se siguen aplicando sus conocimientos sobre la esterilidad de
un cultivo y cómo preservarla.
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C O N T R A P O R T A D A
El eminente científico francés Louis Pasteur escribió que si los
organismos más pequeños y aparentemente menos útiles, esto es,
los microorganismos, fueran suprimidos, la vida se volvería
imposible ya que el regreso a la atmósfera y al reino mineral de
todo lo que dejó de vivir —el proceso de biodegradación— sería
bruscamente suprimido.
El doctor Georges Dreyfus se aboca en el presente libro al
desarrollo
de
algunas
áreas
del
conocimiento
de
los
microorganismos, destacando aquellos temas que interesan al lector
ajeno a la microbiología. Logra un trabajo cuya lectura es amena y
fluida sobre un tema en apariencia árido y de interés sólo para el
especialista, provocando el interés por conocer un mundo que es
tan vasto como el Universo.
El camino recorrido por la microbiología es largo. Ya doscientos
años antes de nuestra era el romano Varro consideraba la
posibilidad de que el contagio de ciertas enfermedades se debía a
"criaturas invisibles suspendidas en el aire" y, a lo largo de siglos,
tal idea fue considerada por diversos estudiosos. Sin embargo, el
simple razonamiento sobre la existencia de los microbios no
probaba su existencia, la que sólo pudo ser demostrada gracias al
descubrimiento del microscopio, "el instrumento que abrió las
puertas de otro universo" y cuya invención se debe al holandés
Antonie van Leeuwenhoek. Como es frecuente, el descubrimiento
de los microorganismos, aunque provocó interés, no cambió los
esquemas de pensamiento que favorecían entonces la teoría de la
generación espontánea, según la cual se podían crear animales a
partir de una "fuerza vital", teoría que fue finalmente aniquilada por
Louis Pasteur.
En nuestro tiempo los microorganismos son tomados muy en serio,
al grado que se ha creado una ciencia encargada de su estudio. En
principio, su adaptabilidad los ha hecho sobrevivir en condiciones en
extremo diferentes de las que prevalecen actualmente, las que
existían en la Tierra hace millones de año. Además, gran parte de
los microorganismos no es nociva para el hombre, al contrario,
como se verá en este libro, es prometedora para la industria y la
conservación del medio ambiente.
Georges Dreyfus es Investigador Nacional e investigador titular del
Departamento de Bioenergética del Instituto de Fisiología Celular de
la UNAM. Hizo su maestría y doctorado con los doctores René
Drucker y Marietta Tuena. Realizó además su posdoctorado en
Grenoble, Francia. Se dedica ahora al estudio de la estructura de la
ATP sintetasa y la función de esta enzima en las mitocondrias y las
bacterias fotosintéticas.
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En la portada: Cultivo líquido
arbuscula. Laboratorio del autor.
del
hongo
Diseño: Carlos Haces/Fotografía: Carlos Franco
Calcarisporium