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Historia de la microbiología

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Presentacion en Power point, preparada para los alumnos del tercer semestre de Laboratorista ambiental del CETMAR en Ensenada.

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Historia de la microbiología

  1. 1. Centro de Estudios Tecnológicos del Mar en Ensenada, B.C.Curso: Análisis Biológicos del Agua. Tema 1. Microbiología Prof. José Luis Peña Manjarrez Grupo: 3º “A”, Laboratorista Ambiental. Agosto de 2011
  2. 2. Introducción histórica a la Microbiología Concepto de Microbiología.Historia (I). Desde la antigüedad hasta los primeros microscopistas
  3. 3. Definición de microbiología:•Ciencia que estudia los seres vivos que nose pueden ver a simple vista•Definición implica que su objeto deestudio está determinado por lametodología: -Técnicas de cultivo puro en laboratorio -Sondas moleculares - Microscopios
  4. 4. Fases en la historia de laMicrobiología:1. Periodo especulativo (desde la antigüedad hasta primeros microscopios)2. Primeros microscopistas (1675 -mediados del s. XIX)3. Cultivo de microorganismos (hasta finales del siglo XIX)4. Hasta nuestros días: multitud de enfoques en el estudio microbiano. Ciencias “emancipadas” (Virología, Inmunología)
  5. 5. Fase especulativa• La humanidad conoce las actividadesmicrobianas sin saber nada de losmicroorganismos:• Enfermedades infecciosas * “miasmas” , “sífilis” * Lucrecio (s. I A. C.): “semillas de enfermedad” “De rerum natura” * Frascatorius (1546): “gérmenes vivos” “De contagione et contagionis”• Alimentos y bebidas fermentados (queso, leches fermentadas, vino, cerveza, etc.)
  6. 6. Primeros microscopistas•Antonij van Leeuwenhoek: *Microscopio simple *Descubrimiento de los microorganismos (“animálculos” en gota de estanque, 1675) *Describe bacterias (1683) *Describe protozoos•Robert Hooke: *Microscopio compuesto *Describe hongos filamentosos (1667)
  7. 7. Leeuwenhoek y su microscopio simple
  8. 8. Microscopio simple de Leeuwenhoek
  9. 9. Primeros dibujos de bacterias (Leeuwenhoek, 1683) La línea punteada entre C y D indica desplazamiento
  10. 10. Microscopio compuesto de Robert Hooke
  11. 11. Microscopios del siglo XVIII
  12. 12. Primer microscopio electrónico enEspaña - 1949(Instituto de Óptica)
  13. 13. (Observador de anguilas)Construido de metal y utilizado por van Leeuwenhoek en el estudio decirculación de la sangre en la anguila
  14. 14. Microscopio compuesto monocular Carl Zeiss.Este microscopio es el precursor detodos los microscopios compuestosmodernos
  15. 15. Microscopio monocular Carl Zeiss en los laboratorios de Jena.Este microscopio tiene undiafragma y objetivo tipoKöhler [modelo ~1930]
  16. 16. Microscopio binocular Conectado a una computadora paramoderno (modelo 2002) digitalizar las imagenes. Carl Zeiss.
  17. 17. Introducción histórica a la Microbiología Historia (II). Las grandescontroversias del siglo XIX y su resolución
  18. 18. El debate sobre la generación espontánea•Ideas asumidas desde Aristóteles•Redi (1668): experimentos que descartan la generación espontánea de animales *“Omne vivo ex ovo” * Pero aún no se acepta “Omne vivo ex vivo”•La disputa entre Spallanzani y Needham *Los experimentos se interpretan erróneamente (Needham) como que al calentar los frascos el aire pierde su “fuerza vital” (vitalismo)
  19. 19. Pasteur termina la polémica sobre lageneración espontánea•Experimentos con frascos abiertos al airedotados de largos cuellos curvados (“cuellos decisne”). *Una vez llevados a ebullición, no aparecen microorganismos si el frasco no se mueve *Aparecen microorganismos si el líquido alcanza el cuello curvo•“Trampas” para capturar microorganismos
  20. 20. El calor forza al aire para que salga por el extremo abierto Se coloca un tubo en a) Se vierte un forma de cuello de Se esteriliza ellíquido no esteril cisne y se calienta con líquido aplicandodentro del matráz. la flama directa calor
  21. 21. El polvo y los microorganismos son atapados en la curva Extremo del tubo abierto mucho tiempob) El líquido se enfría El líquido permanecelentamente esteril por muchos años
  22. 22. corto tiempoc) El matráz se inclina de forma Los microorganísmosque los microorganismos y el crecen en el líquido enpolvo tengan contaco con el muy corto tiempolíquido estéril
  23. 23. Louis Pasteur(1822-1895)
  24. 24. El debate sobre los fermentos• Dos teorías sobre el origen de las fermentaciones: química y biológica• Pasteur (1857) es llamado a resolver un problema de las destilerías de Lille *1857: bacterias que producen ferm. láctica *1860: levaduras producen ferm. alcohólica *Descubre la fermentación butírica y la vida en ausencia de aire (anaerobiosis)• Reconciliación de las dos teorías: Buchner aísla un preparado libre de células (zimasa) de levadura
  25. 25. Avances técnicos: cultivo puro• Dos teorías sobre forma de microorganismos: pleomorfismo y monomorfismo• Su resolución dependió de cultivos puros (laboratorio de Robert Koch) * Medios sólidos a base de rodajas de patata * Medios sólidos a base de gelatina * Medios sólidos a base de agar-agar• Petri (en el laboratorio de Koch) inventa la placa que lleva su nombre.• Medios de enriquecimiento y medios diferenciales (Beijerink, Winogradsky)
  26. 26. Avances técnicos: microscopios y técnicas de tinción• Koch colabora con la industria alemana del vidrio (Schott) ypide ayuda a expertos en óptica (Abbé, Zeiss) * Lentes acromáticas mejoradas * Iluminación inferior con condensador * Objetivo de inmersión (1878)• Koch colabora con industria química BASF: * Tinciones para observar bacterias (azul de metileno, fuchsina, violeta de genciana, etc), 1877 y siguientes• Ziehl y Neelsen: tinción diferencial AAR (1883)• Hans C. Gram: tinción diferencial Gram (1884
  27. 27. Avances en microscopios debidos a Koch y sus colaboradoresIluminación inferior y condensador Sección del objetivo de inmersión
  28. 28. Papel de los microorganismos en las enfermedades infecciosas• Pasteur es llamado a Provenza para resolver una enfermedad del gusano de seda (pebrina)• En 1869 identifica al protozoo Nosema bombycis como el responsable• Davaine (1863-1868): la sangre de ganado afectado por carbunco contiene grandes cantidades de microorganismos
  29. 29. enfermedad delgusano de seda (maldi segno), que consisteen una alergia tipoasma después deexponerse en sitioscomo invernaderos uotras áreas con altahumedad y grancantidad de plantas),se debía a un hongo(Botrytis bassiana).
  30. 30. Papel de los microorganismos en las enfermedades infecciosas• Koch (1876): con su técnica de cultivo puro aísla y propaga experimentalmente por primera vez una bacteria patógena (la responsable del carbunco o ántrax).• Primeras microfotografías de Bacillus anthtracis teñido con azul de metileno• Confirma que esta bacteria presenta una fase resistente (endosporas)• La enfermedad se puede reproducir experimentalmente al reinocular bacilos a animales de laboratorio
  31. 31. Postulados de Koch (1882)• El agente patógeno debe estar presente en los individuos enfermos• El microorganismo debe poder aislarse del huésped enfermo en cultivo puro• El microorganismo crecido en cultivo puro, al inocularse en animales sanos, induce en ellos la enfermedad• De estos animales experimentales inoculados y ya enfermos, se puede volver a aislar el microorganismo
  32. 32. La escuela de Koch aísla numerosos agentes patógenos * Cólera (1883) * Difteria (1884) * Tétanos (1885) * Neumonía (1886) * Meningitis (1887) * Peste (1894) * Sífilis (1905)
  33. 33. bacilo del ántrax (Bacillus anthracis)
  34. 34. cólera asiático (Koch, 1883)
  35. 35. difteria (Loeffler, 1884)
  36. 36. tétanos (Nicolaier, 1885 y Kitasato, 1889). Latoxina tetánica, producida por la bacteriaClostridium tetanii
  37. 37. la neumonía (Fraenkel, 1886), causadapor el neumococo
  38. 38. la meningitis (Weichselbaun, 1887)
  39. 39. (Yersin, 18 94), La “Gran Mortandad” (o“Muerte Negra”). El agente causante es unbacilo llamado Pasturella Pestis.
  40. 40. sífilis (Schaudinn y Hoffman, 1905), es unaenfermedad de transmisión sexualocasionada por la bacteria Treponemapallidum
  41. 41. Malaria (Schaudinn, 1901-1903)
  42. 42. Enfermedad del sueño (Koch,1906), se encuentra solamenteen partes de África, es producidapor dos protozoarios,Trypanosoma brucei gambiensey el Trypanosoma bruceirhodesiense
  43. 43. La enfermedad de Chagas es una de las principalesenfermedades parasitarias del mundo que afecta atoda América
  44. 44. peste vacuna africana (debida al inglésBruce, 1895-1897),
  45. 45. Robert Koch(1843 – 1910)
  46. 46. Asepsia, quimioterapia• La introducción de anestesia (mediados siglo XIX) trae infecciones quirúrgicas• Lister introduce el uso del fenol y de sales de mercurio (asepsia en quirófano)• Paul Ehrlich: idea de las “balas mágicas” * Colabora con industria química y descubre el salvarsán, contra la sífilis * “Quimioterapia”• Domagk (1935): rojo de prontosilo contra neumococos * Época de las sulfamidas
  47. 47. Antibioterapia* Fleming (1929): extracto crudo de penicilina (del hongo Penicillium notatum)* Chain y Florey (1940): purificación penicilina. Uso en 2ª Guerra Mundial* Descubrimiento estreptomicina (Waksman, 1944) de Streptomyces griseus* Tras la Guerra, se descubren numerosos antibióticos, producidos sobre todo por Actinomicetos
  48. 48. Tema 1(c): Introducción histórica ala Microbiología Historia (III). Auge de la Microbiología general. Objeto de estudio. Procariotas y eucariotas
  49. 49. Objeto material de la Microbiología•Abarca todos los organismos no visibles a simple Vista.•Gran heterogeneidad de los microorganismos * Entidades subcelulares (ej: virus  Virología) * Procariotas ( Bacteriología) * Protozoos ( Protozoología) * Parte de los hongos ( Micología) * Parte de las algas ( Ficología
  50. 50. Definición de microorganismos• Seres vivos de tamaño microscópico...• Organización biológica sencilla * Acelular (virus) * Celular pero sin diferenciación de tejidos - Unicelulares - Cenocíticos - Coloniales - Pluricelulares
  51. 51. Objeto formal de la Microbiología• Básico: * Estructura y función * Fisiología * Genética * Taxonomía * Ecología, etc• Aplicado (relación con intereses humanos) * Todo lo relacionado con micr. patógenos * Efectos beneficiosos: biotecnología microbiana• Técnicas de estudio, manejo y control de losmicroorganismos
  52. 52. Los microorganismos dentro de la clasificación de los seres vivos• A finales del siglo XVIII, los microorganismos se “repartieron” entre los dos reinos conocidos: * al reino Plantae: algas y hongos * al reino Animalia: grupo Infusoria (Lamarck)• Pero esta clasificación presentaba muchas paradojas• Haeckel: árbol filogenético “darwiniano” (1866). Propone un tercer reino: Protista: todos los seres vivos sencillos: protozoos, algas, hongos y moneras (=bacterias)
  53. 53. Los microorganismos dentro de la clasificación de los seres vivos• Mitad del s. XX: la organización celular de las bacterias y “algas verdeazuladas” es muy diferente al del resto de seres vivos• 8ª edición del Manual Bergey´s (1974) * Reino Prokaryotae, dividido en - Cyanobacteria (antiguas cianofíceas) - Bacteria * Reino Eukaryotae• En los años 70 se descubre que los procariotas constan de dos grupos muy distintos: * Eubacterias (hoy Bacteria) * Arqueobacterias (hoy Archaea)
  54. 54. Organismos microscópicos y macroscópicos•Hay microorganismos procarióticos y eucarióticos, pero no hay “macroorganismos” procarióticos
  55. 55. Los tres grandes dominios de la vida
  56. 56. La gran profundidad evolutiva de los microorganismos
  57. 57. Características generales de los procariotas
  58. 58. Composición química básica•>95% de macromoléculas•La mitad de las macromoléculas son proteínas•Proporción de ARN superior a eucariotas•En eubacterias, macromoléculas exclusivas que no existen en eucariotas: * Peptidoglucano * Lipopolisacárido (en Gram-negativas)
  59. 59. Tamaño y forma. Agrupaciones bacterianas
  60. 60. Tamaño de los procariotas• Por lo general, más pequeño que el de las células eucarióticas• Pero existen bacterias * Gigantes (>0.5 mm) * Enanas (<0.1 micra)• Un tamaño “típico”: * 0.5 x 3 micras
  61. 61. Tamaño pequeño: consecuencias metodológicas•Hay que recurrir a microscopios ynormalmente a tinciones•La inmensa mayoría de los estudios serealiza con poblaciones enormes, de las quese sacan “promedios”• Es muy raro estudiar un individuo cada vez
  62. 62. Tamaño pequeño: propiedades físicas• Movimiento browniano• Capacidad de dispersar la luz (efecto Tyndall) * Suspensiones acuosas son turbias• Aumentan la viscosidad del medio• Por tener carga eléctrica  * Aglutinan y precipitan a altas [sales] * Migran en campos eléctricos
  63. 63. Tamaño pequeño: consecuencias biológicas•La relación S/V es muy alta  * Mayor contacto directo con el medio (reciben de modo inmediato las influencias ambientales) * Gran tasa de entrada de nutrientes  - Altas tasas de crecimiento * Gran tasa de salida de productos de desecho
  64. 64. Formas típicas* Cocos* Bacilos* Espirilos* Vibrios* Otras formas: - Filamentos - Anillos casi cerrados - Con prolongaciones (prostecas)
  65. 65. Relaciones entre tamaño y forma• Tiempo breve de difusión citoplásmica• El predominio de las fuerzas viscosas del medio hace que cada individuo lleve consigo un “entorno local” (una fase fluida que reproduce, ampliada, la forma bact.)• Relación con propiedades hidrodinámicas• Bacterias alargadas son mejores en movilidad•Las formas con prostecas, mejores en flotación
  66. 66. Agrupaciones bacterianas• Un solo plano de división * De dos células: - diplococos - diplobacilos * Cadenetas de varias células - estreptococos, - estreptobacilos• Dos o más planos de división (en cocos) * Dos planos perpendiculares: tétradas * Tres planos ortogonales: sarcinas (paquetes cúbicos) * Muchos planos aleatorios: estafilococos
  67. 67. Multicelularidad en bacterias• En mixobacterias: cuerpos fructificantes• En ciertas Cianobacterias * Filamentos de células vegetativas (tricomas) * Algunas poseen células especializadas: - Heteroquistes - Acinetos• Filamentos cenocíticos ramificados de Actinomicetos• Cuerpos circulares de Thermus
  68. 68. Un ejemplo de multicelularidad en bacterias Cuerpos fructificantes de Myxococcus

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