Introducción a la microbiología
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UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA
Objetivos
• Conocer
-Las diferentes aplicaciones de la microbiología
-Las características de los seres vivos
• Asimilar
-La microbiología avanza a medida que los microorganismos se involucran en más procesos
-Evolutivamente los organismos forman tres grandes dominios : Bacteria, Archaea y Eukarya. La clasificación es un proceso dinámico
• Comprenda y discuta- El solapamiento entre la microbiología, la botánica y la zoología
- La dinámica del pensamiento científico
- La importancia del conocimiento de la Microbiología y su incidencia en otros campos como: Medicina, Ecología e Industria
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UNIDAD 1. INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA
Tema 1. Concepto y desarrollo histórico:
Microbiología y microorganismos. El descubrimiento de los microorganismos. Controversia de la generación espontánea. Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología. Ámbito y relevancia de la microbiología. La microbiología del Siglo XXI. Evolución y diversidad del mundo microbiano. LUCA (Last Universal Cell Ancestor). Principales grupos de microorganismos y su ubicación en las grandes divisiones de los seres vivos.
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¿Qué es la microbiología?
• El estudio de los organismos tan pequeños que no pueden ser observados a simple vista, es decir, microorganismos
• Dentro de microorganismos se incluyen agentes acelulares (virus, viroides, priones), arqueobacterias, bacterias, protozoos, algas, y hongos
Microbiología y microorganismos
Pero…..
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¿Qué es un ser vivo?Koshland, 2002, Science 295:2215
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Descubrimiento de los microorganismos
• Robert Hooke (1635 - 1703)– Describe y construye el
primer microscopio compuesto
• Antony van Leeuwenhoek (1632-1723)– Primera persona que observó
y describió microorganismos de forma precisa
El descubrimiento de los microorganismos
Microscopio de Antony van
Leeuwenhoek
Microscopio de Robert Hooke
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La controversia de la generación espontánea
• Generación espontánea– Los organismos vivos pueden
desarrollarse de organismos no vivos o materia de descomposición
• Francesco Redi (1626-1697)– Demostró que era falsa en el caso
de animales grandes– Mostró que los gusanos que
aparecían sobre la carne en descomposición provenían de huevos de moscas
Controversia de la generación espontánea
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¿Pueden surgir mediante generación espontánea los microorganismos?
• John Needham (1713-1781)– Su experimento:
Extracto de carne de cordero hervida sellada
– resultado: el medio líquido se volvió turbio y contenía microorganismos
• Lazzaro Spallanzani (1729-1799)– Su experimento :
Extracto en una botella sellado hervido
– resultado: no crecían microorganismos
Controversia de la generación espontánea
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Louis Pasteur (1822-1895)• Su experimento
– Introdujo solución nutritiva en un matraz
– Curvó los cuellos de los matraces
– Hirvió la solución – Dejó los matraces
expuestos al aire• resultado: no
crecieron microorganismos
Controversia de la generación espontánea
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Golpe final a la teoría de la generación espontánea• John Tyndall (1820-1893)
– Demostró que el polvo transportaba microorganismos
– Demostró que en ausencia de polvo los medios de cultivo permanecían estériles, incluso si estaban directamente expuestos al aire
– También proporcionó evidencias de formas de bacterias excepcionalmente resistentes al calor
Controversia de la generación espontánea
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¿Qué impulsa el estudio de la microbiología?
– El papel de los microorganismos en las enfermedades
– El desarrollo de técnicas para el estudio de los microorganismos patógenos
– Estudios inmunológicos– La microbiología industrial y la ecología
microbiana– La biotecnología
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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El papel de los microorganismos en las enfermedades
• El reconocimiento no fue inmediato• El descubrimiento de la relación
microorganismo/enfermedad dependió del desarrollo de técnicas para el estudio de los microbios
• Una vez establecido, dio lugar al estudio de las defensas del huésped, la inmunología
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Reconocimiento de la relación entre los microorganismos y las enfermedades
• Agostini Bassi (1773-1856)– Mostró que la enfermedad de los gusanos
de seda estaba causada por un hongo
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Más evidencias…• M. J. Berkeley (ca. 1845)
– Demostró que la roya de la patata de irlanda estaba causada por un hongo
• Louis Pasteur– Mostró que la enfermedad de
la pebrina de los gusanos de seda estaba causada por un protozoo (Nosema bombycis)
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
Phytophthora infestans
Patata infectada
Nosema bombycis
Esporas
Gusano enfermo
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Otras evidencias…
• Joseph Lister (1827-1912)– Proporcionó evidencias indirectas de que los
microorganismos eran los agentes causantes de enfermedades
– Desarrollo un sistema de cirugía aséptica con el fin de evitar que los microorganismos infectasen las heridas (esterilizaba con calor, aplicaba fenol en vendajes, y en aerosoles)
– Sus pacientes tenían menos enfermedades postoperatorias
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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La prueba definitiva ….
• Robert Koch (1843-1910)– Estableció la relación entre Bacillus anthracis
y el carbunco (anthrax)– Usó criterios desarrollados por su profesor
Jacob Henle (1809-1895)– Estos criterios se conocen actualmente como
los postulados de Koch• Todavía se emplean actualmente para establecer
la relación entre un microorganismos particular y una enfermedad
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Los postulados de Koch• El microorganismo causal debe estar
presente en cada caso de enfermedad, pero ausente en los organismos sanos.
• Hay que aislar y desarrollar en cultivo puro al organismos sospechoso.
• Al inocular el microorganismo aislado en un huésped sano, se debe desarrollar la misma enfermedad.
• El mismo microorganismo debe aislarse de nuevo a partir del huésped enfermo
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Desarrollo de técnicas para estudiar los patógenos microbianos• El trabajo de Robert Koch dió lugar al
descubrimiento y desarrollo de:– El agar– Las placas Petri– El caldo nutritivo y el agar nutritivo– Métodos para aislamiento de microorganismos
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Otros desarrollos …
• Charles Chamberland (1851-1908)– Desarrollo el filtro bacteriano de
porcelana
– Empleado para aislar el primer virus estudiado (el virus del mosaico del tabaco)
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Estudios inmunológicos
• Edward Jenner (ca. 1798)– empleo el procedimiento de vacunación
para proteger a los individuos frente a la viruela (smallpox)
NOTA: Esto fue anterior al reconocimiento de los microorganismos como agentes causantes de las enfermedades
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Otros desarrollos…
• Pasteur y Roux– Observaron que incubando sus cultivos de
cólera de gallina durante intervalos largos de tiempo entre cada transferencia se atenuaban las bacterias. Perdían su capacidad para generar la enfermedad
• Pasteur y sus colaboradores– Desarrollaron vacunas contra la cólera del
pollo, el carbunco (anthrax) y la rabia
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Microbiología industrial y ecología microbiana
• Louis Pasteur– Demostró que la fermentación
alcohólica y otras fermentaciones eran el resultado de la actividad microbiana
– Desarrollo el proceso de pasteurización para conservar el vino durante su almacenamiento
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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• Sergei Winogradsky (1856-1953) y Martinus Beijerinck (1851-1931)– Estudiaron los microorganismos del suelo y
descubrieron numerosos procesos metabólicos interesantes (ej., la fijación de nitrógeno)
– Pionero en el empleo de medios enriquecidos y medios selectivos
Microbiología industrial y ecología microbiana
Principales descubrimientos que impulsaron el desarrollo de la microbiología
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Ámbito y relevancia de la microbiología
• Importancia de los microorganismos– Primeros seres vivos del planeta– Viven allí donde la vida es posible– Más numerosos que cualquier otro grupo de
organismos y constituyen la mayor biomasa terrestre
– El ecosistema global depende de su actividad– Influye la sociedad humana de muchas
formas
Ámbito y relevancia de la microbiología
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La microbiología es una ciencia básica• Los microbiólogos estudian la biología de
los microorganismos desde un punto de vista básico– Ej. Morfología microbiana– Ej. Fisiología microbiana– Ej. Genética microbiana
• La comprensión de los microorganismos ha mejorado la comprensión de otros organismos.
Ámbito y relevancia de la microbiología
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La microbiología también es una ciencia aplicada• Microbiología médica
• Inmunología
• Microbiología alimentaria y de productos lácteos
• Microbiología y salud pública
• Microbiología industrial
• Microbiología agrícola
Ámbito y relevancia de la microbiología
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EL FUTURO DE LA MICROBIOLOGÍA:
Retos y oportunidades de los futuros microbiólogos
• Nuevas enfermedades infecciosas
• Mejora y desarrollo de nuevos procesos industriales
• Diversidad y ecología microbiana– Menos del 1 % de los organismos
terrestres han sido cultivados
La microbiología del siglo XXI
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Más restos y oportunidades…• Estudio de biofilms• Análisis de genomas• Los microorganismos como sistemas
modelo• Valoración e implicaciones de nuevos
procesos y tecnologías• La biología como sistema• Microbiología evolutiva
La microbiología del siglo XXI
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La vida como sistemaLa vida como sistemaLife‘s Complexity Pyramid (Oltvai-Barabasi, Science 10/25/02)
Componentes
Bloques
Módulos funcionales
Sistema
La microbiología del siglo XXI
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Algunas preguntas por responder…..
• ¿Cómo es el árbol evolutivo de la vida? • ¿Cuántas especies hay en la tierra?• ¿Qué es una especie?• ¿Por qué la transferencia lateral de genes
es tan común?• ¿Quién fue LUCA?• ¿Podremos entender la vida como
sistema?
La microbiología del siglo XXI
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Lynn Margulis
LUCA (Last Universal Cell Ancestor)
Según el tipo de célula los organismos de dividen en:
– Células procariotas• En general son morfológicamente
simples• En general carecen de núcleo
rodeado de membrana• Incluye los dominios Bacteria y
Archaea– Células eucariotas
• En general son morfológicamente más complejos
• Tienen un núcleo rodeado de membrana
• Incluye a los protozoos, algas, hongos, plantas y animales
La teoría de la evolución sugiere la existencia de un ancestro común tanto de eucariotas como de procariotas. – A este ancestro se le denomina LUCA– Este ancestro debería contener todas las características comunes de los organismos actuales
Evolución del mundo microbiano
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S. XXI: La controversia del diseño inteligente
• La teoría del diseño inteligente sostiene que algunas características del universo y de los seres vivos se explican mejor por una causa inteligente en lugar de un proceso indirecto como la selección natural
Evolución del mundo microbiano
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• La biología clásica divide los seres vivos en 5 reinos– Monera (también llamados Procaryotae)– Protista– Fungi– Animalia – Plantae
Evolución y diversidad del mundo microbiano
Miembros del mundo microbiano
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Miembros del mundo
microbiano• Desde un punto de
vista evolutivo los organismos se dividen en 3 dominios
– Archaea: Arqueobacterias
– Bacteria (also named Eubacteria): Bacterias
– Eukarya: Eucariotas
Evolución del mundo microbiano
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• Por cualquier criterio –biomasa o número de organismos – la vida en la tierra es microscópica
• La biodiversidad real de la tierra es invisible (microscópica)– Los microorganismos muestran la mayor diversidad
filogenética– Los microorganismos muestran el mayor repertorio
metabólico– Los microorganismos muestran la mayor diversidad
ambiental
Biodiversidad microbianaDiversidad del mundo microbiano
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LOS MIEMBROS DEL MUNDO MICROBIANO SE
ENCUENTRAN EN 3 REINOS
– Monera (También llamados Procaryotae)– Protista– Fungi
Evolución y diversidad del mundo microbiano
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2 Tipos celulares 3 Dominios 5 reinos
Procariota Archaea Monera Ámbito de la microbiologíaBacteria
Eucariota Eucarya Protista
Fungi
Animalia
Plantae
Resumen
Evolución y diversidad del mundo microbiano