Microbioloxía

A microbioloxía é a ciencia encargada do estudo dos microorganismos, seres vivos pequenos (de mikros "pequeno", bios, "vida" e logos, "estudo"), tamén coñecidos como microbios. É a rama da bioloxía adicada a estudar os organismos que son só visibles a través do microscopio, seres vivos microscópicos que poden estar constituídos por unha soa célula (unicelulares) ou por pequenos agregados celulares formados por células equivalentes (sen diferenciación celular), como os procariontes ou procariotas (células carentes de núcleo, como as bacterias ou os virus, aínda que moitos non consideran os virus como seres vivos estritamente falando) e eucariontes ou eucariotas (células con núcleo, tales como fungos e protistas). Con todo, a microbioloxía tradicional ocupouse especialmente dos microorganismos patóxenos entre bacterias, virus e fungos, deixando a outros microorganismos en mans da parasitoloxía e outras ramas da bioloxía.
Aínda que os coñecementos microbiolóxicos de que se dispón na actualidade son moi amplos, aínda é moito o que queda por coñecer e constantemente efectúanse novos descubrimentos neste campo. Tanto é así que, segundo as estimacións máis habituais, só un 1% dos microbios existentes na biosfera foron estudados ata o momento. Polo tanto, a pesar de que pasaron máis de 300 anos desde o descubrimento dos microorganismos, a ciencia da microbioloxía áchase aínda na súa infancia en comparación con outras disciplinas biolóxicas tales como a zooloxía, a botánica ou mesmo a entomoloxía. Ao tratar a microbioloxía sobre todo os microorganismos patóxenos para o home, relaciónase con ramas da medicina como patoloxía, inmunoloxía e epidemioloxía. Historia
Aínda que o termo bacteria, derivado do grego βακτηριον ("bastón pequeno"), non foi introducido ata o ano 1828 por Christian Gottfried Ehrenberg, xa en 1676 Antoni van Leeuwenhoek, considerado o pai da Microbioloxía, empregando un microscopio dunha soa lente que el mesmo construíra baseado no modelo creado polo erudito Robert Hooke no seu libro Micrographia, foi quen de realizar a primeira observación microbiolóxica rexistrada de "animálículos" como van Leeuwenhoek os chamou e debuxou entón.
A bacterioloxía (máis tarde unha subdisciplina da microbioloxía) considérase que foi fundada por Ferdinand Cohn (1828-1898), un botánico que estudou algas e bacterias fotosintéticas. Ferdinand Cohn foi tamén o primeiro en formular un esquema para a clasificación taxonómica das bacterias.
Louis Pasteur (1822-1895) e Robert Koch (1843-1910) foron contemporáneos de Cohn e son considerados como os fundadores da microbioloxía médica. Quizais o maior logro de Pasteur consistiu na refutación mediante coidadosos experimentos da teoría da xeración espontánea, daquela moi respectada, o cal permitiu establecer firmemente á microbioloxía dentro das ciencias biolóxicas. Pasteur tamén deseñou métodos para a conservación dos alimentos (pasteurización) e vacinas contra varias enfermidades como o anthrax, o cólera aviar e a rabia. Robert Koch é especialmente coñecido pola súa contribución á teoría dos xermes da enfermidade, onde, mediante a aplicación dos chamados postulados de Koch, logrou demostrar que enfermidades específicas están causadas por microorganismos patóxenos específicos. Koch foi un dos primeiros científicos en concentrarse na obtención de cultivos puros de bacterias, o cal permitiulle illar e describir varias especies novas de bacterias, entre elas o Mycobacterium tuberculosis, o axente causal da tuberculose.
Mentres Louis Pasteur e Robert Koch son a miúdo considerados os fundadores da microbioloxía, o seu traballo non reflectiu fielmente a auténtica diversidade do mundo microbiano, dado o seu enfoque exclusivo en microorganismos de relevancia médica. A devandita diversidade non foi revelada ata máis tarde, co traballo de Martinus Beijerinck (1851-1931) e Sergei Winogradsky (1856-1953). Martinus Beijerinck fixo dúas grandes contribucións á microbioloxía: o descubrimento dos virus e o desenvolvemento de técnicas de cultivo microbiolóxico. Mentres que o seu traballo co virus do mosaico do tabaco estableceu os principios básicos da viroloxía, foi o seu desenvolvemento de novos métodos de cultivo o que tivo maior impacto inmediato, pois permitiu o cultivo dunha gran variedade de microbios que ata ese momento non puideran ser illados. Sergei Winogradsky foi o primeiro en desenvolver o concepto de quimiolitotrofia e deste xeito revelar o papel esencial que os microorganismos xogan nos procesos xeoquímicos. Foi o responsable do illamento e descrición por vez primeira tanto das bacterias nitrificantes como das fixadoras de nitróxeno.
Empirismo e especulación
O coñecemento humano sobre os efectos producidos polos microorganismos estivo presente ata desde antes de ter conciencia da súa existencia; debido a procesos de fermentación provocados por fermentos pódese facer pan, bebidas alcohólicas e produtos derivados do leite. Na antigüidade a causa das enfermidades era atribuída a castigos divinos, forzas sobrenaturais ou factores físicos (a palabra malaria significa “mal aire”, críase que era o ar viciado dos pantanos o que provocaba esta enfermidade). Durante este período previo ao descubrimento dos microorganismos, os naturalistas só podían especular sobre a orixe das enfermidades. Tipos de microbioloxía
O campo da microbioloxía pode ser dividido en varias subdisciplinas: Fisioloxía microbiana: estudo a nivel bioquímico do funcionamento das células microbianas. Inclúe o estudo do crecemento, o metabolismo e a estrutura microbianas.
Xenética microbiana: estudo da organización e regulación dos xenes microbianos e como estes afectan o funcionamento das células. Está moi relacionada coa bioloxía molecular.
Microbioloxía clínica: estuda a morfoloxía dos microbios.
Microbioloxía médica: estudo do papel dos microbios nas enfermidades humanas. Inclúe o estudo da patoxénese microbiana e a epidemioloxía e está relacionada co estudo da patoloxía da enfermidade e coa inmunoloxía.
Microbioloxía veterinaria: estudo do papel dos microbios na medicina veterinaria.
Microbioloxía ambiental: estudo da función e diversidade dos microbios nas súas contornas naturais. Inclúe a ecoloxía microbiana, a xeomicrobioloxía, a diversidade microbiana e a biorremediación.
Microbioloxía evolutiva: estudo da evolución dos microbios. Inclúe a sistemática e a taxonomía bacterianas.
Microbioloxía industrial: estuda a explotación dos microbios para uso en procesos industriais. Exemplos son a fermentación industrial e o tratamento de augas residuais. Moi próxima á industria da biotecnoloxía.
Aeromicrobioloxía: estudo dos microorganismos transportados polo aire.
Microbioloxía dos alimentos: estudo dos microorganismos que estragan os alimentos.
Microbioloxía espacial: estudo dos microorganismos presentes no espazo extraterrestre, nas estacións espaciais, nas naves espaciais. Subdisciplinas e outras disciplinas relacionadas
Bacterioloxía: estudo dos procariontes (bacterias, arqueas).
Viroloxía: estudo dos virus.
Micoloxía: estudo dos fungos.
Parasitoloxía: estudo dos parasitos, sobre todo de tipo animal ou protozoario.
Protistoloxía: estudo dos protistas.
Micropaleontoloxía: estudo de microfósiles.
Palinoloxía: estudo do pole e as esporas.
Ficoloxía: tamén chamada algoloxía. Estudo das algas e microalgas.
Protozooloxía: estudo dos protozoos. Beneficios da microbioloxía
Historicamente, os microorganismos foron vistos de xeito negativo por mor da súa asociación con moitas enfermidades humanas. Con todo, os microorganismos patóxenos son unha porcentaxe moi minoritaria dentro do total de microorganismos, a maioría dos cales desempeñan papeis absolutamente imprescindibles e que de non existir farían inviable a vida na Terra. Algúns exemplos son as bacterias que fixan nitróxeno atmosférico (posibilitando a vida dos organismos vexetais), as bacterias do ciclo do carbono (indispensables para reincorporar ao chan a materia orgánica) ou a multitude de microorganismos que viven de xeito simbiótico no noso tubo dixestivo, sen os cales a dixestión non sería viable. Así pois, os "organismos superiores" (animais ou plantas) non poderiamos vivir de non ser polas funcións desempeñadas por estes seres microscópicos. Ademais, teñen amplas aplicacións no terreo industrial, como as fermentacións (p. e. para a produción de bebidas alcohólicas ou produtos lácteos), a produción de antibióticos ou a doutros produtos de interese farmacéutico ou biotecnolóxico (hormonas, enzimas etc. ). Finalmente, cabe tamén destacar o papel esencial que os microorganismos xogan nos laboratorios de investigación biolóxica de todo o mundo como ferramentas para a clonación de xenes e a produción de proteínas.
Refutación da teoría da xeración espontánea
É sorprendente o impacto que causou sobre occidente a idea creada por Aristóteles sobre a xeración espontánea, aínda que hoxe parézanos absurda foi tomada en tempos atrás como única verdade sobre a orixe da vida. Esta idea permaneceu durante mil anos e nese lapso sufriu grandes cambios, sobre todo os feitos pola igrexa grazas a santo Tomé de Aquino (cuxas ideas aínda permanecen vixentes), pero non foi senón ata logo da creación do microscopio cando a idea da xeración espontánea foi refutada por completo, os experimentos de Francisco Redi, Lazaro Spalanzani, Luís Pasteur e John Tyndall deron paso á desaparición paulatina da errónea crenza sobre a orixe da vida.
O proceso da extinción da xeración espontánea inicia con Francisco Redi (1626-1698) cuxos experimentos abren porta ao longo camiño que significou un loita político-relixiosa e intelectual. A súa inconformidade coas crenzas establecidas levárono a pór a proba a veracidade das mesmas, polo que ideou un experimento sinxelo pero maxistral, co cal puido comprobar a súa hipótese.
Redi colocou en varios frascos un anaco de carne, a metade selounos logo dunha minuciosa esterilización e a outra metade deixounos abertos, ao cabo de varios días descubriu que a metade dos frascos co anaco de carne e que non foran selados tiñan na súa interior larvas de moscas deslizándose sobre a carne, en contraste cos outros frascos que a pesar de haberse podrecido o que contiñan no interior, non presentaban larva algunha. Redi realizou outro experimento crendo que o aire podería ser o culpable da aparición das larvas, polo que facendo algo similar que na ocasión pasada, pero co único detalle de que esta vez non selou os frascos hermeticamente, senón que colocou unha gasa que impedise o paso de todo organismo (moscas) pero non o do aire, esperou para ver que sucedía, atopándose días despois cos mesmos resultados que o experimento anterior. Estes sinxelos resultados puxeron a pedra inicial que marcou o principio da bioxénese.
Aínda que os descubrimentos de Redi sacudiron por completo todas a crenzas sobre a orixe da vida, a xeración espontánea resultou ser máis resistente do pensado, isto grazas aos agregados de Nedham, os cales falan sobre forzas vitais que animan a materia inerte. Moi a pesar dos descubrimentos de Lazaro Spalanzani a xeración espontánea non se viu soterrada senón ata a chegada de Luís Pasteur e a súa pasteurización.
Pasteur descubriu que o aire contiña organismos invisibles que eran os culpables da descomposición dos alimentos. Utilizou un matraz de pescozo de cisne (matraz Pasteur) co cal asegurou un libre fluxo de aire dentro do matraz, pero non un libre fluxo dos microorganismos que este transportaba, quedando atrapados nun filtro dentro do pescozo, con este método asegurou que os alimentos perdurasen durante tempos longos sen botarse a perder. Grazas a isto e aos descubrimentos de Lazaro Spalanzani, a xeración espontánea quedou baixo terra, pero foi John Tyndall quen colocou o epitafio.
John Tyndall estudou física e interesouse moito nos fenómenos da luz, coa que puido estudar as partículas suspendidas no aire e que foron chamadas tempo atrás por Ferdinan Cohen “bacterias”. Tyndall descubriu que estas partículas desviaban a luz e deuse conta de que o proceso de putrefacción estaba estreitamente relacionado coa presenza destas partículas suspendidas.
A microbioloxía na actualidade
Actualmente, o coñecemento microbiolóxico especializouse tanto que o atopamos dividido: a microbioloxía médica estuda os microorganismos patóxenos e a posible cura para as enfermidades que producen, a inmunoloxía pescuda as causas da aparición das enfermidades desde unha perspectiva inmunolóxica, a microbioloxía ecolóxica estuda o nicho que lle corresponde aos microorganismos no medio, a microbioloxía agrícola as relacións existentes entre plantas e microorganismos, e a biotecnoloxía os posibles beneficios que pode proporcionar ao ser humano a explotación de microbios. Importancia
Os microbiólogos fixeron contribucións fundamentais á bioloxía e medicina, especialmente nos campos da bioquímia, xenética e bioloxía celular. Os microorganismos teñen moitas características que os fan organismos modelo ideais: Son pequenos, polo cal non consomen moitos recursos.
Algúns teñen tempos de xeración moi curtos (o tempo necesario para que unha célula bacteriana se divida en dúas, en condicións óptimas, é de 30 minutos aproximadamente para o Escherichia coli e de 12 a 24 horas para Mycobacterium tuberculosis).
As células poden sobrevivir facilmente separadas doutras células.
Os eucariontes unicelulares reprodúcense por división mitótica e os procariontes mediante fisión binaria. Isto permite a propagación de poboacións clónicas xeneticamente iguais.
Poden permanecer conxelados por grandes períodos de tempo. Aínda e cando o 90% das células morran no proceso de conxelación, existen millóns de células en cada mililitro de líquido corporal. A extensiva caracterización de microbios permitiu que estes sexan empregados na industria como ferramentas experimentais en diferentes ramas da bioloxía.