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1. INTRODUCCIÓN 1. INTRODUCCIÓN

1.2. Historia y desarrollo de 1.2. Historia y desarrollo de la Microbiología la Microbiología

Ciencia que estudia los seres vivos que no se pueden ver a simple vista � microorganismosmicroorganismos (< 1mm)*

* Incluye a los virus: seres microscópicos NO celulares

1. Estudio de los microorganismosmicroorganismos � células capaces de existir de forma libre o independiente

2. Investiga la diversidad microbiana y su evolución � ¿cómo y por qué hay diferentes tipos de microorganismosmicroorganismos?

3. Estudia la función de los microorganismosmicroorganismos en el mundo, y su relación con el cuerpo humano, animales y vegetales

4. Ciencia básica � el conocimiento de los microorganismosmicroorganismos puede ayudar a comprender la biología de organismos superiores

¿Qué es la microbiología?¿Qué es la microbiología?

1.1. Periodo especulativoPeriodo especulativo: a.C.a.C. � primeros microscopistas

2.2. Primeros Primeros microscopistasmicroscopistas: ~~16751675 - mitad del s. XIXXIX �

descubrimiento de los microorganismos: A. van A. van LeeuwenhoekLeeuwenhoek

3.3. Cultivo de microorganismosCultivo de microorganismos: mitad s. XIXXIX � fines s. XIXXIX � la Microbiología se convierte en ciencia experimental: L. PasteurL. Pasteur y R. KochR. Koch

4.4. Era de oro de la microbiologíaEra de oro de la microbiología: principios s. XXXX hasta hoy �

surgen diversos enfoques en el estudio microbiano

1. Gran variedad de microorganismos: se identifican causantes de enfermedades, ciclos biogeoquímicos…

2. Complejidad fisiológica, bioquímica, genética, ecológica …

3. Surgen disciplinas especializadas: virología, inmunología …

Historia de la microbiologíaHistoria de la microbiología

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�������� Periodo especulativoPeriodo especulativoa.Ca.C �� primeros primeros microscopistasmicroscopistas

La humanidad conoce las actividades microbianas sin saber nada de los microorganismos:

Alimentos y bebidas

Egipcios: hacían vino y aplicaban tecnologías de fermentación para esponjar la masa para hacer pan (¿por qué?)

Celtas (3000 a.C.) � descubren la elaboración de la cerveza

Chinos (500 a.C.) � usan soya fermentada como antibiótico

Enfermedades infecciosas

Lucrecio (98-55 a.C.)

Fracastoro (1478-1553)

Enfermedades causadas por criaturas invisibles

∼∼∼∼ 1650 � Robert Robert HookeHooke

Desarrolló el 1er microscopio útil (∼1664)

Observó hongos y células (corcho); adoptó el término “célula”

1670’s y posteriores � AntonieAntonie van van LeeuwenhoekLeeuwenhoek

Inventó el microscopio simple

1º que observó y describió microorganismos � “animáculosanimáculos”

Muere (1723) � lento desarrollo de la microbiología: poco interés

Debate sobre la teoría de la “generación espontáneageneración espontánea” � los microorganismos surgen de materia sin vida (caldos)

Teoría debatida por Francesco Francesco RediRedi y LazzaroLazzaro SpallanzaniSpallanzani

�������� Primeros Primeros microscopistasmicroscopistas~1650 ~1650 -- mitad del siglo XIX mitad del siglo XIX

Describió por primera vez protozoos, bacterias, espermatozoides y glóbulos rojos

Microscopio simple:

Lentes de vidrio biconvexas entre dos placas de metal

Sólo usa una lente de aumento (lupa)

Lentes

Clavo de montaje

Tornillos para enfocar

A. van A. van LeeuwenhoekLeeuwenhoek (1632(1632--1723) 1723) HolandaHolanda

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Solo aparecían microorganismos

en los frascos abiertos

17691769

Lazzaro Spallanzani (1729Lazzaro Spallanzani (1729--1799)1799) ItaliaItalia

Solo aparecían larvas de gusanos

en los frascos abiertos

16681668

Francesco Francesco RediRedi (1626(1626--1698)1698) ItaliaItalia

Descubrió que las bacterias eran responsables de:

Que el vino y otros alimentos se avinagraran …

Causar enfermedades � teoría de lateoría de la “enfermedad por gérmenes“enfermedad por gérmenes”(1857): los microorganismos causan enfermedades infecciosas

Observó que algunas bacterias mueren al cultivarse con otras

Demostró que la generación espontánea NONO existe (1859)

Louis PasteurLouis Pasteur (1822-1895) FranciaFrancia:

1848: trabajos en fermentaciones � ≠ microorg. responsables de ≠ procesos fermentativos

Fermentación alcohólicaalcohólica � levaduras

Fermentación lácticaláctica� bacterias

�������� Cultivo de microorganismosCultivo de microorganismosmitad mitad �� fines del siglo XIXfines del siglo XIX

Caldo esterilizado

Enfriamiento lento

El caldo se mantiene estéril indefinidamente

Crecen y se multiplican bacterias

Horas/días

Polvo y bacterias en el doblez

Escapa el aire atrapado

El matraz se inclina para que el caldo se contamine con polvo

Desarrolló un método para eliminar microorganismos que degradaban el vino, cerveza o leche � pasteurizaciónpasteurización:

���� T a 60-70°C por ∼30 min � disminuyedisminuye la cuenta microbiana

Garantiza la seguridad de muchos productos

Por sus trabajos, es considerado el pionero de la microbiología moderna.

Así inicia la “Era de Oro de la Microbiología"

Todo proceso de fermentación y descomposición se debe a la acción de organismos � el crecimiento en caldos nutritivos nono es por “generación espontánea”

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Robert Koch Robert Koch (1843-1910) AlemaniaAlemania:

DemostróDemostró la “teoría de la enfermedad por gérmenes”

1º en usar un medio sólido con fines microbiológicos

Desarrolló métodos para obtener cultivos puros (axénicos) � primero primero en aislaraislar una bacteria (Bacillus anthracis):

Medios sólidos: rebanadas de papa, placas con gelatina � desventajas

Agente solidificante más versátil � agaragar (Walter y Fanie Hesse)

�������� Cultivo de microorganismosCultivo de microorganismosmitad mitad �� fines del siglo XIXfines del siglo XIX

SchleidenSchleiden y y SchwannSchwann (1839): desarrollan la “teoría celular”

i. Todos los organismos están compuestos por células

ii. Las funciones vitales de un organismo ocurren en las células

iii. Las células contienen información hereditaria

a) El microorganismo solo se observa en un animal enfermo

b) El microorg. se aísla y desarrolla en cultivo puro

c) El microorg. aislado se inocula en un animal sano y éste desarrolla la misma enfermedad (d)

d) El mismo microorg. debe observarse (e) y aislarse (f) del nuevo animal enfermo

Aisló numerosos patógenos (1883 – 1905): cólera, difteria, tétanos, neumonía, meningitis, peste, sífilis

Propuso los postulados de Koch postulados de Koch (1882) � demuestrandemuestran la relación directa de un microorganismo con una enfermedad

Aislaba el microorganismo causante de una enfermedad y lo crecía en un cultivo puro:

John John TyndallTyndall (1876-1884)

TindalizaciónTindalización� esterilización por calentamiento intermitente (∼100°C, 30 min � Tamb) � endosporasendosporas

PasteurPasteur (1881-1887)

Prepara la 1ª vacuna � contra el ántrax

Vacuna conejos contra la rabia rabia (por 1ª vez)

1884: Christian GramGram � tinción de tinción de GramGram

Se desarrolla el autoclaveautoclave

1887: Petri modificó las láminas de Koch � cajas Petri

1888: BeijerinckBeijerinck aisló bacterias (R. leguminosae) de nódulos de raíces (frijol) � bacterias implicadas en procesos biogeoquímicos

1895: 1er cultivo comercial de Rhizobium(Nitragin)

�������� Cultivo de microorganismosCultivo de microorganismosmitad mitad �� fines del siglo XIXfines del siglo XIX

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Se descubren muchos microorganismos causantes de enfermedades � detención de epidemias

Antibióticos � control de enfermedades bacterianasbacterianas

Trabajo con virus no efectivo (falta de instrumentación)

Surge la Microbiología ModernaMicrobiología Moderna � desarrollo de productos farmacéuticos, control de microorganismos patógenos, aplicaciones industriales de microorganismos…

�������� Era de oro de la mEra de oro de la microbiologíaicrobiologíaprincipios del siglo XX principios del siglo XX �� hoyhoy

1915 D’Herelle y Twort descubren los fagos (virus bacterianos)

1923 Primera edición del Manual de Bergey

1929 A. FlemingA. Fleming descubre la penicilina� Penicillium notatum

1938 Inicia producción comercial de Bacillus turingensis(Bt): biopesticida

1944 Waksman descubre la estreptomicina � Streptomyces griseus

1977 Se reconocen las arqueobacterias como un grupo microbiano

* Science, April 1999: Vol. 284 (5413): 493-495

1983 Se aísla el virus del SIDA

1986Se aprueba uso de la 1ª vacuna recombinante: hepatitis B

Liberación del 1er cultivo transgénico: tabaco

1987 1ª prueba en campo con bacteria recombinante (Frostban)

19891ª prueba de campo con algodón modificado con BtSe usan microorg. para limpiar un derrame de petróleo: biorremediaciónbiorremediación

1990 1er maíz protegido contra insectos: Bt-maíz

1995 -1997

Secuenciación del genoma de Haemophilus influenzae(1995), Saccharomycescerevisiae(1996) y Escherichia coli(1997)

1997Se clona una oveja con ADN de una oveja adulta: DollyDolly1os cultivos biotecnológicos comercializados: soya y algodón (66 países)

1999 Se descubre una bacteria gigante (Thiomargarita namibiensis, 0.5 mm)*

2000Cultivos biotecnológicos: 109109 millones de acres (1313 países)Prueba en campo de cultivo biotecnológicos para alimento: papapapa

2000 -2009

Secuenciación de genomas (Sinorhizobium meliloti[fijadora de N], Agrobacte-rium tumefaciens[plaga]) y epidemias por virus (coronavirus, influenzavirus)

2009Se descubre el proceso de esporulación en MycobacteriumBacillus subtilispuede producir 2 endosporas en la misma célula

1 acre = 4 046.85 m2

1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

1.3. Importancia de la 1.3. Importancia de la Microbiología en la Microbiología en la Biotecnología Biotecnología

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¿Por qué estudiar microbiología?¿Por qué estudiar microbiología?

Ciencia básicabásica � muchos conocimientos de procesos físicos y químicos que gobiernan procesos vitales, han surgido de estudios con microorganismos:

Prop. bioquímicas comunes con células de organismos pluricelulares

Ventajas: ���� densidades de población, fácil manipulación, rápido ciclo de vida, tamaño � modelos para comprender funciones celulares

Ciencia aplicadaaplicada � se ocupa de problemas prácticos importantes para la medicina, la agricultura y la industria

Muchas enfermedades importantes causadas por microorganismos

Los microorg. desempeñan importantes funciones en la fertilidad de suelos y producción animal

Procesos industriales basados en microorg. � biotecnologíabiotecnología

Uso de organismos vivosorganismos vivos y/o procesos biológicos para la obtención obtención de productos productos o procesos de valorprocesos de valor

Una de las principales áreas de aplicación de la microbiología �los microorg. se usan como “fábricas” para obtener productos

Es uno de los principales campos de aplicación de los micro-organismos en este siglo

Enfoque multidisciplinariomultidisciplinario: biología, bioquímica, genética, química, agronomía, ingeniería, medicina…

Desde la biotecnología tradicional a la moderna � categorías:

Médica [antibióticos, fármacos]; industrial [enzimas, ácidos]; agrícola[plantas transgénicas, biopesticidas]; marina [alimentos]; ambiental[biorremediación]

BiotecnologíaBiotecnología

Agricultura

Fijación de N2

Reciclaje de nutrientesCuidado animal

Alimentación

Conservación de alimentosAlimentos fermentadosAditivos alimentarios

Energía/Medio ambiente

BiocombustiblesBiorremediaciónExtracción de minerales

Biología molecular

OGM’sCompuestos farmacéuticosTerapias vs. enfermedades

Enfermedad

Nuevas enfermedadesTratamiento y curaPrevención de enfermedades

Los microorganismos yLos microorganismos yla actividad humanala actividad humana