Es cierto que la microbiología abarca las formas de vida más pequeñas de la Tierra, pero el impacto de los microbios en la vida humana y del planeta, en general, está lejos de ser pequeño. ¿Por qué es tan esencial la microbiología?: porque los microbios no son simplemente dañinos o patógenos, también obtenemos muchos beneficios de ellos y son protagonistas de muchos procesos bioquímicos que sustentan la vida en la Tierra. Además, están en todas partes: en los alimentos que comes, en tu piel, en el asiento del sanitario y en la pantalla en la que estás leyendo esto.
¿Qué es microbiología?
La microbiología es la rama de la biología que se ocupa de los microorganismos. Los microorganismos, o microbios, son entidades o seres vivos demasiado pequeños para ser vistos por el ojo humano (mira la Figura 1).
Antonie van Leeuwenhoek, un científico holandés autodidacta del siglo XVII, es considerado por muchos como el padre de la microbiología, gracias a sus avances en microscopía y su descubrimiento de la vida microscópica. Sin embargo, se considera que la microbiología, como ciencia, se inició a mediados del siglo XIX.
Antonie van Leeuwenhoek (1632) se formó como experto en tejidos de lino. Comenzó a utilizar el microscopio para observar de cerca los tejidos y, con el ánimo de mejorar la calidad de esta observación, experimentó con las lentes. Aunque los microscopios compuestos se inventaron en 1595 (es decir, antes de que naciera Leeuwenhoek) las mejoras de este científico hicieron progresar fundamentalmente la resolución y la capacidad de aumento de los microscopios y las lentes de la época, de 20 a 30x de aumento a 300x.
También, se le atribuye el descubrimiento de los microbios: En 1674, Antonie van Leeuwenhoek fue el primer hombre en observar los protozoos y las bacterias (varios años después, en 1683). Este fue el primer descubrimiento de organismos unicelulares; en aquella época, Leeuwenhoek se refería a estos organismos como "animáculos". Asimismo, fue capaz de aislar especímenes de diversas fuentes (como el agua de lluvia, el agua de estanque y la saliva) y de estimar su tamaño.
Los virus, al ser mucho más pequeños, no fueron observados sino hasta 1952, con el desarrollo del microscopio electrónico.
A menudo se hace referencia a Antonie van Leeuwenhoek como el inventor del microscopio, aunque este título pertenece a Zacharias Jansen.
Figura 1. Tamaño relativo de los microorganismos.
Existen dos tipos de microbiología según el objetivo de estudio:
- La microbiología pura es la investigación exploratoria realizada para comprender mejor aspectos fundamentales de los microorganismos y su entorno. Los campos de investigación incluyen la microbiología celular, astromicrobiología, microbiología de sistemas, ecología microbiana, genética microbiana, fisiología microbiana y evolución microbiana.
- La microbiología aplicada es el estudio de las aplicaciones prácticas de la información y los conocimientos reunidos mediante la investigación microbiológica pura. La microbiología aplicada aborda o resuelve cuestiones y problemas científicos específicos. Los campos de investigación incluyen la agricultura, la alimentación, la medicina, los productos farmacéuticos y la biotecnología.
Concepto de microorganismo en microbiología
Los microorganismos son un grupo de organismos increíblemente diversos. Sin ayuda, nuestros ojos solamente pueden ver hasta 100 micrómetros (µm), por lo que organismos menores a este tamaño se consideran microorganismos (Ver Figura 1). Los microorganismos pueden ser acelulares (sin células, como los virus), unicelulares (como las bacterias) o multicelulares (como algunas algas).
Las bacterias, arqueas, protistas, virus, algas y hongos son ejemplos de microorganismos.
Métodos de estudio en microbiología
El avance en el estudio de los microorganismos ha estado íntimamente relacionado con el desarrollo del microscopio. Otra técnica imprescindible para la microbiología es el cultivo de microorganismos y, mucho más recientemente, la genómica y metagenómica, que han contribuido mucho a la descripción de la diversidad de microorganismos existentes.
A continuación describimos brevemente el aporte de los principales métodos utilizados en microbiología:
- Microscopía: ha sido de suma importancia para la microbiología. Es la única forma de determinar la morfología y estructura de los microorganismos.
- Cultivo de microorganismos: al igual que cualquier otro organismo, los microorganismos viven en poblaciones y comunidades, lo que implica que en cualquier muestra microbiológica que se quiera analizar vamos a encontrar infinidad de organismos muy diversos. Debido a esto, es necesario aislar o separar la especie de microorganismo que nos interesa estudiar y promover su crecimiento de forma artificial mediante técnicas de cultivo celular. En el cultivo de microorganismos se les proveen las condiciones óptimas para su crecimiento, lo que permite estudiarlos más fácilmente. El cultivo se puede someter a técnicas de aislamiento, para obtener colonias o cultivos puros de la especie o cepa del microorganismo de interés. Una vez se obtienen colonias de un microorganismo específico, estos se pueden mantener vivos y en crecimiento de forma artificial, para poder realizar distintos experimentos.
Un cultivo puro es aquel que permite obtener colonias individuales de microorganismos. Las colonias son clones de microorganismos, es decir, agrupaciones de células idénticas procedentes de una misma célula.
- Secuenciación genética. Aunque anteriormente la identificación y clasificación de organismos se basaba principalmente en caracteres morfológicos, actualmente se basa principalmente en la comparación de similitudes y diferencias en el ADN entre organismos. Para ello, hacemos uso de la secuenciación genética, un proceso que determina la secuencia de nucleótidos en una molécula de ADN (pueden ser segmentos cortos o el genoma completo).La secuenciación de ADN tiene aplicaciones en muchas ramas de las ciencias biológicas, incluyendo medicina, evolución, genética, sistemática y biología del desarrollo. En el caso de la microbiología, la secuenciación genética también ha mostrado ser imprescindible para el descubrimiento y clasificación de la amplia diversidad de microorganismos existentes. Debido a su tamaño microscópico y a que la mayoría de los microorganismos no han podido ser cultivados en el laboratorio (no se conocen sus requerimientos de crecimiento), muchos microorganismos se conocen solo por su secuencia genética.
Clasificación de los microorganismos en microbiología
La única característica que tienen en común los organismos considerados microorganismos es su tamaño.
- Según su organización, estos pueden ser:
- Acelulares
- Unicelulares
- Multicelulares (algunos son coloniales).
- Según su forma de vida, pueden ser:
- De vida libre
- Asociados a otro organismo (relación huésped/hospedador).
- Según su tipo de relación con el ser humano u otros organismos, estos pueden ser:
- Patógenos
- Beneficiosos
- Neutros.
Sin embargo, estas categorías no son fijas, algunos microbios pueden ser neutros en algún momento y, al cambiar las circunstancias externas, convertirse en patógenos (en este caso se consideran oportunistas). Además, al no conocerse la ecología de la mayoría de los microbios, es difícil saber si tienen algún impacto de importancia ecológica, económica, o medicinal que no conocemos aún, por lo que muchos, por ahora, se consideran neutros.
Grupos principales de microorganismos en microbiología
Aunque existe una gran variedad de formas en que pueden clasificarse los microorganismos, según el criterio que utilicemos, una de las principales formas de hecerlo es con base a sus relaciones filogenéticas: estas nos da una idea general de su origen, su morfología, estructura y funciones generales.
También, podemos clasificarlos de acuerdo con su organización celular en los siguiente grupos:
- Entidades acelulares (no se consideran organismos vivos)
- Organismos procariotas
- Eubacterias (Dominio Bacteria)
- Arqueas (Dominio Archaea)
- Organismos eucariotas (Dominio Eukarya)
Aunque existen unas pocas plantas, así como algunos animales o alguna de sus etapas (larvas o pequeños gusanos nemátodos) que, por su tamaño, podrían considerarse microorganismos, generalmente no se clasifican como tal. Puedes aprender más acerca de los diferentes grupos en nuestra sección de Microorganismos.
Microorganismos patógenos
En sus inicios, la microbiología se enfocó en los microorganismos patógenos responsables de causar enfermedades en humanos, otros animales y plantas. Por eso, durante mucho tiempo se creía que la mayoría de estos organismos eran dañinos o patógenos. Sin embargo, ahora sabemos que la mayoría de los microbios son neutrales o beneficiosos para el ser humano (como los que forman nuestra microbiota intestinal) y que también cumplen un papel ambiental esencial en el ciclo de nutrientes.
Los microorganismos patógenos no son la mayoría, pero su estudio sigue siendo de importancia debido a su impacto sanitario y económico. Los microorganismos patógenos son el objeto de estudio de la microbiología médica, que diferencia entre la presencia de microbios dañinos y beneficiosos/neutros en un entorno o un hospedador. Para distinguir entre ambos tipos de microbios, se utilizan los términos infección y colonización.
- Infección: La presencia y reproducción de microorganismos que causan daños al hospedador.
- Colonización: El crecimiento de comunidades de microbios que no son perjudiciales ni causan daños al hospedador. La presencia de estos microbios puede ser saludable y normal.
Las enfermedades causadas por microorganismos se denominan infecciosas, porque son producidas por un agente infeccioso (el microbio) y este puede transmitirse entre individuos. El tipo de daño causado depende del patógeno en particular.
Por ejemplo, los virus se multiplican dentro de las células del anfitrión y destruyen la célula, al emerger de esta; mientras que una bacteria generalmente produce algún tipo de toxina.
También existen varias formas de transmisión. Entre ellas encontramos:
- Por contacto directo (persona a persona, como el virus del sida).
- Por vía aérea (en gotitas de agua o partículas de polvo suspendidas en el aire, como el coronavirus).
- Por medio de un vehículo (como el cólera, que se puede transmitir a través del agua o comida contaminada).
- Por medio de un vector (otro organismo transmite el microorganismo a un individuo sano, como los mosquitos que transmiten la malaria).
Microbiología - Puntos clave
- La microbiología es el estudio de los organismos vivos o entidades que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista. La microbiología estudia la estructura, función y clasificación de los virus, hongos, bacterias y otros microorganismos.
- La microbiología es importante porque los microbios son protagonistas de muchos procesos bioquímicos que sustentan la vida en la Tierra.
- No todos los microorganismos son perjudiciales. Aunque muchos microbios causan enfermedades, muchos otros benefician a su entorno o a su huésped.
- Antonie van Leeuwenhoek es considerado el padre de la microbiología, gracias a su trabajo para perfeccionar el microscopio y descubrir la existencia de los microorganismos.
- Los microorganismos son muy diversos y se pueden utilizar numerosos criterios para clasificarlos. Según su organización celular se pueden clasificar en: entidades acelulares, organismos procariotas y organismos eucariotas. Sin embargo, la única característica que todos comparten es el tamaño.
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