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Clase I.
Generalidades en Microbiología Ambiental
Introducción
La microbiología ambiental es el estudio de los
microorganismos que existen en ambientes
naturales o artificiales. El origen de los trabajos
científicos en este campo se basan en las
observaciones de Anthony van Lewenhoeck (1677).
Los microorganismos existen como células aisladas
o como agrupaciones celulares. Las células
microbianas aisladas son capaces de llevar a cabo
sus funciones vitales de crecimiento, generación de
energía y reproducción independiente de otras
células. Además pueden alcanzar una elevada
densidad poblacional en cultivos y son más fáciles
de manipular para estudios genéticos, el
descubrimiento de que el ADN constituye el material
genético surgió de un estudio de transferencia
genética en bacterias (1)
Como ciencia biológica básica suministra
herramientas más versátiles para determinar la
naturaleza de los procesos característicos de la
vida, Se ocupa de muchos problemas prácticos que
son importantes en medicina, agricultura y la
industria. Enfermedades importantes en humanos
plantas y animales son causadas por
microorganismos, desempeñan funciones
importantes en la fertilidad de los suelos y en la
producción animal, procesos industriales a gran
escala se basan en microorganismos, este último
condujo al desarrollo de la Biotecnología.
Reseña histórica
El progreso y el desarrollo de la ciencia de la
microbiología tuvieron que esperar la disponibilidad
de herramientas, técnicas y procedimientos que
pudieran aplicar al estudio de estas pequeñas
formas de vida. Aunque se sospechaba la
existencia de organismos minúsculos su
descubrimiento estuvo relacionado con la invención
del microscopio. Los hermanos Jansen inventaron
en 1590 el llamado microscopio compuesto.
Constaba de un tubo con dos lentes convexas en
cada extremo y ampliaba más que las lupas, que
existían desde la Edad Media, aunque daba una
imagen borrosa. En 1660 Robert Hooke publica su
obra Micrografía, en la que hay reproducciones de
sus observaciones hechas con microscopio
compuesto, del tipo inventado por los hermanos
Jansen.
En 1664 Robert Hooke descubrió los mohos, pero la
primera persona que vió microorganismos en
detalle fue Antonie van Leewenhoek. En el siglo XIX
se pudo disponer de microscopios mejorados
ampliando su uso y distribución.
Figura 1. Microscopio de Robert Hooke (3)
En 1676 Antony van Leeuwenhoek, contemporáneo
de Hooke un pañero holandés sin formación
científica, gran pulidor de lentes, consigue hacer del
microscopio simple dotado de lente esférica una
herramienta útil, describe las bacterias, a los que
llama "animáculos" o pequeños animales. Escribió
más de 300 cartas a la Royal Society de Londres y
recibió la visita de Leibniz, que también creía en la
vida microscópica. Figuras 3 y 4.
Figura 2. Antonie van Leewenhoek (3)
LEOQ 2
Figura 3. Microscopio de Leeuwenhoek (3).
Durante el siglo XVIII, se introducen mejoras
mecánicas y ópticas y se utilizan lentes
acromáticas. Aparecen los primeros porta-
objetivos tipo revolver. En este período los
microscopios conjugan funcionalidad y diseño. A
esta época pertenecen el "Microscopio variable" de
George Adams y el "Microscopio compuesto".
a) b)
Figura 4. Microscopios del s XVIII. a) Microscopio
variable. b) Microscopio compuesto (4).
Siglo XIX
Louis Pasteur (1822-95) se ayuda del microscopio
para demostrar que las infecciones son producidas
por microbios. Impulsó el concepto de vacunación
preventiva y estudió también las microorganismos
positivos para la vida humana.
En 1848 se describen las partes constitutivas del
núcleo de la célula.
En 1874 R. B. Tolles introdujo el uso de objetivos
de inmersión que posibilitaron importantes
descubrimientos.
En 1882 Koch descubre el bacilo de la tuberculosis
y en 1884, el vibrión del cólera.
En 1884 Nicolaier descubre el bacilo del tétanos y
Schaudinn el treponema de la sífilis.
Durante las dos últimas décadas del siglo e inicios
del siguiente Santiago Ramón y Cajal realiza
importantes descubrimientos sobre las neuronas. En
1906 en compañía de Camilo Golgi reciben el
Premio Nobel por trabajos científicos
fundamentados en observaciones microscópicas
realizadas mediante el teñido de muestras.
Siglo XX
Se introducen técnicas especiales: contraste de
fase y ultramicroscopio y, utilizando óptica especial,
se usan microscopios de luz ultravioleta en los que
la menor longitud de onda mejora el poder
resolutivo. Ernst Ruska y Max Knoll construyen en
1931 el primer microscopio electrónico. Funciona
mediante bombardeo de electrones sobre la
muestra. La imagen resultante aún es inferior a la
que ofrecen los microscopios convencionales.
Figura 5. Primer microscopio electrónico (4).
James Hillier consigue un microscopio electrónico
que supera a los convencionales en 1937. Se pasa
de 2000 aumentos a 7000. Con los años, el propio
LEOQ 3
Hillier contribuiría a construir aparatos con una
capacidad de 2 millones de aumentos. Una
dimensión totalmente fuera de las posibilidades de
los microscopios tradicionales.
1965. Se desarrolla el microscopio electrónico de
barrido.
1981. G. Binnig y H. Rother, desarrollan el llamado
microscopio de efecto túnel. Con esta tecnología se
observan los átomos individualizados por primera
vez.
1985. G. Binnig y H. Rother, desarrollan el llamado
microscopio de fuerza atómica.
1998. S. Chou y P. Krauss consiguen, mediante el
efecto túnel, realizar la grabación de datos de mayor
densidad conocida: 65 gigabits por centímetro
cuadrado.
Descripción de las partes del Microscopio
Parte Mecánica
Pie base o soporte basal: Es una pieza maciza y
pesada para asegurar la estabilidad del aparato y
servir de soporte a sus demás partes.
Platina: Pieza metálica redonda o cuadrada donde
se colocan las preparaciones; tiene en el centro una
abertura circular por la que pasan los rayos
luminosos procedentes del sistema de iluminación.
La preparación se sujeta a las platinas fijas, con dos
palanquitas móviles.
Tubo: En el esta instalado el sistema óptico,
constituido por dos tubos o cuerpos, son corrientes
hoy en dia los binoculares que facilitan la visión con
los dos ojos.
Revolver: Pieza circular y giratoria en la que se
insertan los objetivos.
Brazo o soporte vertical: Parte por la cual debe
asirse el microscopio para llevarlo de un lugar a
otro.
Carro o escuadra,Pinzas: Parte mecánica
accionable mediante dos tornillos que permiten
movimientos laterales o longitudinales para colocar
la preparación en posición de observación.
Tornillo Macrométrico: Tornillo de paso largo y por
el cual se ejecutan desplazamientos grandes
amplios y perceptibles a simple vista.
Tornillo Micrométrico: En contraposición al anterior
su paso es pequeñisimo y sus desplazamientos
imperceptibles, debe usarse con sumo cuidado.
Figura 6. Microscopio óptico (Nikon.usa) (4)
Parte Óptica
Objetivos: Son los elementos más importantes del
microscopio, se coloca cerca del material u objeto
que se va a ver, formados por la reunión de varias
lentes para corregir las aberraciones. Deben
tratarse con mucho cuidado cualquier golpe puede
variar la posición de las lentes y averiarlas. Se
atornillan en el revolver. Son de dos clases, a) En
seco, son los más empleados, entre la lente frontal
y el porta objetivos solo hay aire, pertenecen los
objetivos 10X y 40X, b) se llaman así porque debe
interponerse entre la lente frontal y le preparación
un líquido como por ejemplo aceite de inmersión. El
aceite permite que entre más luz en el objetivo.
Oculares: Los forman dos lentes separados por un
diafragma y van montados en la extremidad
superior del tubo, esta ubicado cerca del ojo del
observador y produce un aumento secundario de la
imagen creada por el objetivo. La lente superior se
llama lente ocular; la inferior lente de campo.
Sistema de Iluminación
LEOQ 4
Se encuentra situado bajo la platina y tiene la
misión de iluminar los objetivos por medio de la luz
transmitida, consta de:
Diafragma: Va montado bajo la platina y permite
graduar la fuente luminosa; el más usado es el tipo
iris accionable mediante manecilla lateral.
Condensador: Sistema de lentes cuya función es
condensar el haz de rayos luminosos, al enfocar la
luz sobre el objeto permite una iluminación más
uniforme del campo microscópico.
Actualmente casi todos los microscopios utilizados
en microbiología son microscopios de luz
compuestos; es decir, utilizan una serie de lentes
para amplificar los objetos.
Clases de microscopios
-Microscopio de Campo Claro: Llamado también de
luz brillante o convencional, la zona de observación
esta intensamente iluminada, mientras que los
objetos iluminados aparecen oscuros. La sombra
resultante se amplifica y observa. Así la imagen
aparece como un objeto sombreado en un campo
brillante (fondo)
- Microscopio de Campo Oscuro: La observación se
realiza sobre un fondo negro en el que se destacan
los objetos brillantemente iluminados, la imagen
aparece brillante contra un fondo oscuro, para esto
el microscopio óptico debe tener un condensador
especial que dirige el paso del haz de tal manera
que solo penetran en el objetivo. El haz de luz se
dirige sobre el objeto desde los lados, se amplifica y
observa la luz reflejada del objeto. La única luz que
es capaz de entrar en el objetivo es la que, al ser
dispersada por la muestra, incide sobre el objetivo.
La resolución es bastante alta, y puede observarse
en ellos objetos difícilmente visibles en M. de
Campo claro y de M. de contraste de fases Este tipo
de microscopia es útil particularmente para observar
el movimiento de los microorganismos, porque no
necesita tinción, dado que los penachos de flagelos
suelen poder resolverse por esta técnica.
-Microscopio de Fluorescencia: Se utiliza para
analizar muestras capaces de emitir fluorescencia;
esto es capaces de emitir una determinada longitud
de onda. Algunos compuestos químicos absorben la
energía de las ondas ultravioleta y la emiten como
ondas visibles de mayor longitud. Uno de estos
cuerpos puede aparecer de un color a la luz
ordinaria y de un color completamente diferente a la
luz ultravioleta. Dichos compuestos se llaman
fluorescentes y el fenómeno recibe el nombre de
fluorescencia. Determinadas células poseen
sustancias capaces de fluorescer, como por
ejemplo las clorofilas, o por haber sido tratadas con
un colorante fluorescente.
-Microscopio de luz ultravioleta: La microscopia
ultravioleta permite una resolución algo mejor y por
consiguiente, mayor amplificación que la que se
obtiene con el microscopio óptico corriente. La
razón de esto es que la radiación ultravioleta tiene
menor longitud de onda que la luz visible (180-400
nm frente a 400-700 nm). Como se deduce de la
fórmula para calcular el poder de resolución, este
empleo duplica aproximadamente el poder que se
obtiene con el microscopio de campo claro. La
ventaja principal es que hace visible la absorción
específica de algunas sustancias. La absorción
característica en el ultravioleta de ciertos cuerpos
permite su localización, diferenciación y
determinación en preparaciones adecuadas aún en
estado vivo. Como las radiaciones ultravioleta son
invisibles, las imágenes se hacen visibles
recogiéndolas en una emulsión fotográfica,
utilizando un tubo convertidor de imagen o
presentándolas en una pantalla de televisión
después de recogerlas en un fototubo sensible al
ultravioleta.
-Contrate de Fases: Se desarrollo para poder
incrementar las diferencias de contraste entre las
células y el medio que las rodea, lo que permite su
visualización sin necesidad de tinción. Emplea
iluminación regulada de la preparación, lo que se
realiza por un sistema objetivo de contraste de
fases especial , y un condensador acoplado al
microscopio óptico ordinario. Se basa en el hecho
de que las células poseen diferente índice de
refracción que el medio, y por lo tanto producen un
desvío en los rayos de luz que las atraviesan. La luz
al pasar de un medio a otro de densidad
ligeramente diferente, experimenta una desviación o
refracción, de su dirección primitiva (con el
microscopio de campo claro no se pueden hacer
perceptibles a la vista las ligeras variaciones de
espesor o densidad, o de índice de refracción ,
aunque se produzcan pequeñísimas desviaciones
en las ondas incidentes que atraviesan el material
de observación). El conjunto óptico de contraste de
fases transforma las desviaciones de las ondas
incidentes en las correspondientes variaciones de
luminosidad. Se usa habitualmente en investigación
porque permite la observación en montajes
húmedos (en los que la muestra permanece viable
o células vivas). No se necesita tinción y se puede
LEOQ 5
observar el movimiento de los componentes
celulares.
-Microscopio Electrónico: Funciona mediante
bombardeo de electrones sobre la muestra. Emplea
ondas de electrones y campos magnéticos para
producir la imagen, luego es proyectada sobre una
pantalla. La Microscopia Electrónica de Barrido
(SEM) permite obtener imágenes de la superficie
con un gran grado de detalle y profundidad de foco.
Tiene la ventaja de su enorme amplificación, porque
a causa de la pequeñísima longitud de onda del haz
de electrones que utiliza para amplificar el objeto,
puede aumentar 100 veces el poder de resolución
del microscopio óptico.
Un cátodo acelera electrones con un potencial de
50.000 v, como son fácilmente absorbidos en el aire
deben viajar en el vacío. Un condensador
magnético entre el cátodo y la muestra alinea los
electrones, así que estos pasan uniformemente a
través de la muestra. Las diferencias de densidad
hace que algunos electrones sean absorbidos por la
muestra. Una vez pasan los electrones son
deflectados por un objetivo magnético similar al de
las ondas de luz pasando a través del objetivo
óptico, un proyector intermediario de imagen
aumenta una porción de los electrones. Los
electrones no pueden verse directamente pero
producen una imagen visible sobre una cámara
fluorescente como un tubo de televisión. La muestra
debe montarse en una delgada película con
propiedades de absorción de electrones, se cubre
con oro y otro metal para dar un fuerte contraste. La
longitud de onda de los electrones es más corta que
la de la luz. Ver figura 5 y 7.
Limitaciones:
a) Las células no pueden observarse en
estado vivo y en actividad.
b) No se proporciona ninguna indicación sobre
la naturaleza química de las estructuras que
revela.
-Microscopio Electrónico de Transmisión (TEM)
proporciona información sobre las estructuras
cristalinas presentes en superficie. En su versión de
alta resolución (HRTEM) permite visualizar os
átomos en sus posiciones, dislocaciones, bordes de
grano, etc. Los métodos de microscopia electrónica
se complementan con analizadores de los rayos X
emitidos durante el examen microscópico (EDX),
que son característicos de cada elemento. Esto
permite completar la imagen con un análisis de su
composición química.
-Microscopio de fuerza atómica:
Similar al del efecto túnel. La aguja entra en
contacto con la muestra y detecta los efectos de las
fuerzas atómicas. La resolución es similar al del
efecto túnel pero sirve para materiales no
conductores, como muchas muestras biológicas.
-Microscopio de efecto de tunel: Dispone de una
aguja tan afilada que en su extremo sólo hay un
átomo. Esta punta se sitúa sobre el material y se
acerca hasta la distancia de 1 nanómetro (10 a la
menos 9 metros). Una corriente eléctrica débil
genera una diferencia de potencial de 1 voltio. Al
recorrer la superficie de la muestra, la aguja
reproduce la topografía atómica de la muestra.
(Microscopio de Efecto Túnel de Barrido: STM,
Microscopio de Fuerza Atómica AFM) permiten
reconstruir imágenes de la superficie átomo a
átomo, e incluso trasladarlos de posición..
En consecuencia, el concepto de superficie es tan
preciso como se quiera, desde la primera capa de
átomos a un espesor de recubrimiento de varias
micras. El conocimiento aportado por las técnicas
modernas no solo permite identificar los agentes de
los cambios de comportamiento sino visualizar
determinados procesos como el crecimiento de
capas o el rozamiento entre superficies.
Propiedades de las lentes
Las amplificaciones de las lentes objetivo y ocular
proporcionan la amplificación total del microscopio
compuesto. El aumento máximo que en la mayoría
de las condiciones se puede obtener es cercano a
100 veces 100X; y la mayoría tienen lentes
objetivos que amplifican (10X, 40X y 100X),
montados en el revolver o pieza giratoria o nasal; la
mayor parte de los lentes oculares amplifican 10X.
Así utilizando el ocular 10X con objetivos varios, se
obtienen amplificaciones totales de 100X (10x10),
400X (40x10) o 1000X (10x100). Generalmente
para mcroorganismos se usan aumentos de 1000X.
Porque no usar un ocular de 50X o 100X para
obtener amplificaciones de 50000X y 10000X, y así
sucesivamente? Teóricamente, sí podría hacerse;
sin embargo con ello no se logra nada, porque esta
amplificación no muestra detalles adicionales. La
razón es el poder de resolución (capacidad de
distinguir entre dos objetos adyacentes).
LEOQ 6
Poder de Resolución: El aumento util de un
microscopio esta limitado por el poder de
resolución, que es la capacidad de producir
imágenes distintas de dos puntos adyacentes
(puntos significa aquí dos objetos o detalles de un
objeto). El poder de resolución de un microscopio
óptico está determinado por la longitud de onda de
la luz y por una propiedad del objetivo y de la lente
condensador, conocida como apertura numérica
(AN). El poder de resolución de un microscopio
óptico se calcula utilizando la siguiente fórmula:
Poder de Resolución =
rcondensadodelANobjetivodelAN
LuzladeOndadeLongitud
+
A partir de esto se puede ver que el poder de
resolución puede aumentarse bien sea
disminuyendo la longitud de onda de la luz, bien sea
aumentando la AN. La escala de luz visible esta
entre 400-700 nm. Del mismo modo, el grado en
que pueden alterarse los objetivos es ilimitado; la
máxima AN para el objetivo de luz en seco es
aproximadamente de 0.85 y para el de inmersión en
aceite es ligeramente mayor de (1.2 a 1.4).
Para ilustrar esto mejor, pensemos que la longitud
de onda que estamos utilizando es 0.55. Esta
longitud de onda puede seleccionarse utilizando un
filtro verde. El objetivo de inmersión en aceite
utilizado tiene una apertura numérica de 1.25 y el
condensador de 0.9. Sustituyendo estos valores en
la ecuación indicada arriba, tenemos que:
Poder de resolución = 0.55/1.25 + 0.9 = 0.255µm.
Un poder de resolución de 0.255 µm significa que si
dos puntos están separados menos 0.255 µm,
aparecerán como un solo punto. Deben estar
separados más de 0.255 µm para aparecer como
dos objetos distintos. Un aumento en exceso del
poder de resolución, no desempeña ninguna
función útil. Además el poder de resolución en
principio depende de la longitud de onda de la
iluminación que se utilice. Esta relación se define de
acuerdo a la siguiente formula:
Poder de resolución = longitud de onda de la luz
NA
Donde NA es la apertura numérica de la lente.
Cuanto mayor sea el poder de resolución, mayor es
la utilidad de la ampliación que se obtiene; y
obviamente, cuanto más corta sea la longitud de
onda de la luz empleada y más grande la NA del
lente, mayor será el poder de resolución del
microscopio. La longitud de onda media de la luz
visible que se usa en los microscopios ópticos es de
0.5 µm. El poder de resolución máximo que se
puede obtener con lentes comunes es de cerca de
la mitad de longitud de las ondas de luz o
aproximadamente 0.25 µm, de acuerdo al ejercicio
anterior. La relación entre longitud de onda y poder
de resolución se muestra en la Figura 7.
Figura 7. Efecto que la longitud de onda de la
fuente de radiación tiene sobre el poder de
resolución de un microscopio. a) La luz visible no
detecta objetos menores de 0.25 µm, con ésta por
ejemplo no se pueden ver las fimbrias, los virus o
los espacios entre dos bacterias. B) El rayo de
electrones si detecta la fimbria, los virus y el espacio
entre las dos bacterias.
La microbiología como ciencia no se desarrollo
hasta la última parte del siglo XIX, esto debido a
que además del microscopio fue necesario idear
otras técnicas para el estudio de los
microorganismos, su desarrollo como ciencia
independiente se debe a que respondió
interrogantes como ¿Existe la generación
espontánea? Y ¿Cuál es la causa de las
enfermedades infecciosas? A dicho desarrollo
contribuyo Pasteur cuando demostró que la vida no
se originaba espontáneamente y que las bacterias
que aparecían en los alimentos putrefactos se
deben a la presencia en el aire de estas.
LEOQ 7
Esto lo tuvo que defender creando otro experimento
con un matraz en cuello de cisne y sometiendo a
fuego el liquido, de manera que permanecía estéril,
no se descomponía , ni aparecía microorganismos,
este experimentó bastó para aclarar de modo
definitivo la controversia acerca de la generación
espontánea. Aunque Pasteur tuvo éxito John
Tyndall y Ferdinand Cohn descubrieron que la
esterilización no era suficiente esto ocurría debido a
la presencia de endosporas estructuras
termorresistentes dentro de las células de cultivos
viejos de Bacillus.
Robert Koch en 1.876 publico un trabajo sobre
carbunco, una enfermedad del ganado que en
ocasiones también afecta el hombre causada por
una bacteria que formadora de esporas Bacillus
anthracis. En 1.881 comenzó a estudiar la
tuberculosis Koch empleó todos los métodos
desarrollados anteriormente: microscopia, tinción de
tejidos, aislamiento en cultivos puros e inoculación
en animales. El Mycobacterim tuberculosis es muy
difícil de teñir por lo que Koch desarrollo la
coloración de Ziehl-Nielsen, usada hoy para teñir
bacterias ácido alcohol reistentes, en 1.882 anunció
su descubrimiento, por este trabajo le fue otorgado
el premio nobel en 1.905, justo cinco años antes de
su muerte. También se le atribuye el descubrimiento
del Vibrio cholerae así como la importancia de la
filtración de aguas en el control de esta
enfermedad.
Durante el siglo XX han ocurrido grandes cambio:
avances en el campo de la microbiología medica e
inmunología en la primera parte del siglo, otros
avances se han registrado en el campo de la
microbiología agrícola.
Posteriormente los estudios para microbiología del
suelo aportaron descubrimientos sobre usos
importantes de los microorganismos tales como la
formación de antibióticos y productos industriales
abriendo el campo de la microbiología industrial
después de la segunda guerra mundial. Finalmente
la microbiología del suelo sentó bases sólidas para
la microbiología acuática estudio de procesos
microbianos que ocurren en lagos, ríos y océanos.
Una rama se centra en el estudio de procesos
capaces de suministrar agua saludable a la
sociedad. El manejo de desperdicios,
especialmente desechos domésticos requiere el
desarrollo de procesos de ingeniería a gran escala
para el tratamiento de residuos, muchos de los
cuales son microbianos, por ello se desarrollado la
microbiología sanitaria. Para suministrar agua
potable adecuada se han establecido métodos que
eliminan las bacterias peligrosas de las redes de
agua.
Hacia finales del siglo XX todas estas subdisciplinas
se han unido en un área llamada ecología
microbiana, como conceptos aplicados, también se
han desarrollado los conceptos básicos de la
función microbiana.
En la primera parte del siglo los avances fueron el
descubrimiento de nuevas bacterias y su
clasificación lo cual requirió conocer los nutrientes y
productos que se forman dando lugar a la fisiología
microbiana así como a el estudio de las enzimas y
de las reacciones químicas que dirigen, bioquímica
microbiana.
En 1.950 cuando se descubrió el intercambio
genético en bacterias, se consolidó como campo
de estudio la genética bacteriana. El desarrollo de
estos campos permitió a principios de los 70s, un
conocimiento avanzada del ADN, ARN y la síntesis
de proteínas. Surgió la Biología Molecular debido en
gran parte por el estudio con bacterias.
El estudio de los virus es otro avance,
principalmente por los virus que infectan bacterias
bacteriófagos. Estos avances permitieron manipular
el ADN bacteriano e introducir ADN de origen
exógeno en bacterias y controlar su replicación.
Técnicas de secuenciación de ácidos nucleicos
usadas en el establecimiento de relaciones
filogenéticos en procariotas, permitiendo conocer la
historia evolutiva de los microorganismos. Ver
Figura 8.
LEOQ 2
Figura 8. Arbol filogenético Universal, construido ha partir de la comparación de las secuencias de los ARN
ribosómicos16s y 18s (1).
Estructura celular
La célula es la unidad fundamental de toda la
materia viva, aislada de otras células por una
membrana (celular) citoplasmática que separa el
exterior del interior celular, a través de ella entran y
salen nutrientes, es muy fina y necesita de una
pared celular para protección y darle firmeza, las
células animales por ejemplo no tiene pared celular
dentro de ella hay materiales químicos y se halla el
núcleo o nucleoide donde esta la información
genética y una complicada mezcla de sustancias y
estructuras llamada el citoplasma, donde se
encuentra la maquinaria para el crecimiento y el
funcionamiento celular. Ver Figura 9. Todas las
células contiene proteínas, ácidos nuclicos, lípidos y
polisacáridos, denominadas macromoléculas.
Células procariotas y eucariotas
Se ha puesto de manifiesto dos tipos básicos de
células estructuralmente diferentes. Procariotas y
Eucariotas. Ver Figura 9 y 10. Las eucariotas tiene
un núcleo que encierra varias moléculas de ADN y
se divide por mitosis al contrario de la región
nuclear llamada nucleoide de las procariotas, no
esta rodeada por una membrana, consta de una
sola molécula de ADN, su división no es mitótica.
Además del núcleo, las eucariota contienen
estructuras internas rodeadas por membrana como
LEOQ 2
las mitocondrias y cloroplastos, también poseen un
citoesqueleto. A partir de estudios sobre secuencias
de RNA ribosómico se pueden definir tres linajes
celulares evolutivamente diferentes dos son
procarióticos y uno es eucariótico. Las procariotas
representan dos ramas evolutivas o grupos:
Bacteria y Archaea. El eucariótico es Eukarya,
existen varios grupos de microorganismos
eucarióticos: algas, hongos y protozoos, además las
formas pluricelulares de vida (plantas y animales)
están formadas por células eucarióticas. Ver Figura
10.
Figura 9. Célula procariótica (6).
Figura 10. Célula eucariota (6).
Referencias
1. Christon J. Hurst., et al. Manual of Envoronmental
Microbiology. Second Edition. ASM Press,
Washingto, D.C. 2002, páginas 3-5.
2. Pelczar J. Michael. Elementos de Microbiología.
1984. Ed. Mc Graw-Hill México. Pg 50-59.
3. Brock Madigan. Biología de los microorganismos.
Prentice Hall, Madrid 1999. Octava Edición. Pg 53-
60.
En línea:
4. http://www.expoindustria.net/microscopio.htm
Consulta en Febrero del 2002.
5. http://www.csic.es/hispano/patrimo/micro1/microe
vo.htm. Consulta en Febrero de 2002.
6.
http://www.brooklyn.cuny.edu/bc/ahp/CellBio/Gr
owth/MGDirect.html Consulta en Mayo de 2002.

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El microscopio
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Historia del microscopio y microbiología

  • 1. LEOQ 1 Clase I. Generalidades en Microbiología Ambiental Introducción La microbiología ambiental es el estudio de los microorganismos que existen en ambientes naturales o artificiales. El origen de los trabajos científicos en este campo se basan en las observaciones de Anthony van Lewenhoeck (1677). Los microorganismos existen como células aisladas o como agrupaciones celulares. Las células microbianas aisladas son capaces de llevar a cabo sus funciones vitales de crecimiento, generación de energía y reproducción independiente de otras células. Además pueden alcanzar una elevada densidad poblacional en cultivos y son más fáciles de manipular para estudios genéticos, el descubrimiento de que el ADN constituye el material genético surgió de un estudio de transferencia genética en bacterias (1) Como ciencia biológica básica suministra herramientas más versátiles para determinar la naturaleza de los procesos característicos de la vida, Se ocupa de muchos problemas prácticos que son importantes en medicina, agricultura y la industria. Enfermedades importantes en humanos plantas y animales son causadas por microorganismos, desempeñan funciones importantes en la fertilidad de los suelos y en la producción animal, procesos industriales a gran escala se basan en microorganismos, este último condujo al desarrollo de la Biotecnología. Reseña histórica El progreso y el desarrollo de la ciencia de la microbiología tuvieron que esperar la disponibilidad de herramientas, técnicas y procedimientos que pudieran aplicar al estudio de estas pequeñas formas de vida. Aunque se sospechaba la existencia de organismos minúsculos su descubrimiento estuvo relacionado con la invención del microscopio. Los hermanos Jansen inventaron en 1590 el llamado microscopio compuesto. Constaba de un tubo con dos lentes convexas en cada extremo y ampliaba más que las lupas, que existían desde la Edad Media, aunque daba una imagen borrosa. En 1660 Robert Hooke publica su obra Micrografía, en la que hay reproducciones de sus observaciones hechas con microscopio compuesto, del tipo inventado por los hermanos Jansen. En 1664 Robert Hooke descubrió los mohos, pero la primera persona que vió microorganismos en detalle fue Antonie van Leewenhoek. En el siglo XIX se pudo disponer de microscopios mejorados ampliando su uso y distribución. Figura 1. Microscopio de Robert Hooke (3) En 1676 Antony van Leeuwenhoek, contemporáneo de Hooke un pañero holandés sin formación científica, gran pulidor de lentes, consigue hacer del microscopio simple dotado de lente esférica una herramienta útil, describe las bacterias, a los que llama "animáculos" o pequeños animales. Escribió más de 300 cartas a la Royal Society de Londres y recibió la visita de Leibniz, que también creía en la vida microscópica. Figuras 3 y 4. Figura 2. Antonie van Leewenhoek (3)
  • 2. LEOQ 2 Figura 3. Microscopio de Leeuwenhoek (3). Durante el siglo XVIII, se introducen mejoras mecánicas y ópticas y se utilizan lentes acromáticas. Aparecen los primeros porta- objetivos tipo revolver. En este período los microscopios conjugan funcionalidad y diseño. A esta época pertenecen el "Microscopio variable" de George Adams y el "Microscopio compuesto". a) b) Figura 4. Microscopios del s XVIII. a) Microscopio variable. b) Microscopio compuesto (4). Siglo XIX Louis Pasteur (1822-95) se ayuda del microscopio para demostrar que las infecciones son producidas por microbios. Impulsó el concepto de vacunación preventiva y estudió también las microorganismos positivos para la vida humana. En 1848 se describen las partes constitutivas del núcleo de la célula. En 1874 R. B. Tolles introdujo el uso de objetivos de inmersión que posibilitaron importantes descubrimientos. En 1882 Koch descubre el bacilo de la tuberculosis y en 1884, el vibrión del cólera. En 1884 Nicolaier descubre el bacilo del tétanos y Schaudinn el treponema de la sífilis. Durante las dos últimas décadas del siglo e inicios del siguiente Santiago Ramón y Cajal realiza importantes descubrimientos sobre las neuronas. En 1906 en compañía de Camilo Golgi reciben el Premio Nobel por trabajos científicos fundamentados en observaciones microscópicas realizadas mediante el teñido de muestras. Siglo XX Se introducen técnicas especiales: contraste de fase y ultramicroscopio y, utilizando óptica especial, se usan microscopios de luz ultravioleta en los que la menor longitud de onda mejora el poder resolutivo. Ernst Ruska y Max Knoll construyen en 1931 el primer microscopio electrónico. Funciona mediante bombardeo de electrones sobre la muestra. La imagen resultante aún es inferior a la que ofrecen los microscopios convencionales. Figura 5. Primer microscopio electrónico (4). James Hillier consigue un microscopio electrónico que supera a los convencionales en 1937. Se pasa de 2000 aumentos a 7000. Con los años, el propio
  • 3. LEOQ 3 Hillier contribuiría a construir aparatos con una capacidad de 2 millones de aumentos. Una dimensión totalmente fuera de las posibilidades de los microscopios tradicionales. 1965. Se desarrolla el microscopio electrónico de barrido. 1981. G. Binnig y H. Rother, desarrollan el llamado microscopio de efecto túnel. Con esta tecnología se observan los átomos individualizados por primera vez. 1985. G. Binnig y H. Rother, desarrollan el llamado microscopio de fuerza atómica. 1998. S. Chou y P. Krauss consiguen, mediante el efecto túnel, realizar la grabación de datos de mayor densidad conocida: 65 gigabits por centímetro cuadrado. Descripción de las partes del Microscopio Parte Mecánica Pie base o soporte basal: Es una pieza maciza y pesada para asegurar la estabilidad del aparato y servir de soporte a sus demás partes. Platina: Pieza metálica redonda o cuadrada donde se colocan las preparaciones; tiene en el centro una abertura circular por la que pasan los rayos luminosos procedentes del sistema de iluminación. La preparación se sujeta a las platinas fijas, con dos palanquitas móviles. Tubo: En el esta instalado el sistema óptico, constituido por dos tubos o cuerpos, son corrientes hoy en dia los binoculares que facilitan la visión con los dos ojos. Revolver: Pieza circular y giratoria en la que se insertan los objetivos. Brazo o soporte vertical: Parte por la cual debe asirse el microscopio para llevarlo de un lugar a otro. Carro o escuadra,Pinzas: Parte mecánica accionable mediante dos tornillos que permiten movimientos laterales o longitudinales para colocar la preparación en posición de observación. Tornillo Macrométrico: Tornillo de paso largo y por el cual se ejecutan desplazamientos grandes amplios y perceptibles a simple vista. Tornillo Micrométrico: En contraposición al anterior su paso es pequeñisimo y sus desplazamientos imperceptibles, debe usarse con sumo cuidado. Figura 6. Microscopio óptico (Nikon.usa) (4) Parte Óptica Objetivos: Son los elementos más importantes del microscopio, se coloca cerca del material u objeto que se va a ver, formados por la reunión de varias lentes para corregir las aberraciones. Deben tratarse con mucho cuidado cualquier golpe puede variar la posición de las lentes y averiarlas. Se atornillan en el revolver. Son de dos clases, a) En seco, son los más empleados, entre la lente frontal y el porta objetivos solo hay aire, pertenecen los objetivos 10X y 40X, b) se llaman así porque debe interponerse entre la lente frontal y le preparación un líquido como por ejemplo aceite de inmersión. El aceite permite que entre más luz en el objetivo. Oculares: Los forman dos lentes separados por un diafragma y van montados en la extremidad superior del tubo, esta ubicado cerca del ojo del observador y produce un aumento secundario de la imagen creada por el objetivo. La lente superior se llama lente ocular; la inferior lente de campo. Sistema de Iluminación
  • 4. LEOQ 4 Se encuentra situado bajo la platina y tiene la misión de iluminar los objetivos por medio de la luz transmitida, consta de: Diafragma: Va montado bajo la platina y permite graduar la fuente luminosa; el más usado es el tipo iris accionable mediante manecilla lateral. Condensador: Sistema de lentes cuya función es condensar el haz de rayos luminosos, al enfocar la luz sobre el objeto permite una iluminación más uniforme del campo microscópico. Actualmente casi todos los microscopios utilizados en microbiología son microscopios de luz compuestos; es decir, utilizan una serie de lentes para amplificar los objetos. Clases de microscopios -Microscopio de Campo Claro: Llamado también de luz brillante o convencional, la zona de observación esta intensamente iluminada, mientras que los objetos iluminados aparecen oscuros. La sombra resultante se amplifica y observa. Así la imagen aparece como un objeto sombreado en un campo brillante (fondo) - Microscopio de Campo Oscuro: La observación se realiza sobre un fondo negro en el que se destacan los objetos brillantemente iluminados, la imagen aparece brillante contra un fondo oscuro, para esto el microscopio óptico debe tener un condensador especial que dirige el paso del haz de tal manera que solo penetran en el objetivo. El haz de luz se dirige sobre el objeto desde los lados, se amplifica y observa la luz reflejada del objeto. La única luz que es capaz de entrar en el objetivo es la que, al ser dispersada por la muestra, incide sobre el objetivo. La resolución es bastante alta, y puede observarse en ellos objetos difícilmente visibles en M. de Campo claro y de M. de contraste de fases Este tipo de microscopia es útil particularmente para observar el movimiento de los microorganismos, porque no necesita tinción, dado que los penachos de flagelos suelen poder resolverse por esta técnica. -Microscopio de Fluorescencia: Se utiliza para analizar muestras capaces de emitir fluorescencia; esto es capaces de emitir una determinada longitud de onda. Algunos compuestos químicos absorben la energía de las ondas ultravioleta y la emiten como ondas visibles de mayor longitud. Uno de estos cuerpos puede aparecer de un color a la luz ordinaria y de un color completamente diferente a la luz ultravioleta. Dichos compuestos se llaman fluorescentes y el fenómeno recibe el nombre de fluorescencia. Determinadas células poseen sustancias capaces de fluorescer, como por ejemplo las clorofilas, o por haber sido tratadas con un colorante fluorescente. -Microscopio de luz ultravioleta: La microscopia ultravioleta permite una resolución algo mejor y por consiguiente, mayor amplificación que la que se obtiene con el microscopio óptico corriente. La razón de esto es que la radiación ultravioleta tiene menor longitud de onda que la luz visible (180-400 nm frente a 400-700 nm). Como se deduce de la fórmula para calcular el poder de resolución, este empleo duplica aproximadamente el poder que se obtiene con el microscopio de campo claro. La ventaja principal es que hace visible la absorción específica de algunas sustancias. La absorción característica en el ultravioleta de ciertos cuerpos permite su localización, diferenciación y determinación en preparaciones adecuadas aún en estado vivo. Como las radiaciones ultravioleta son invisibles, las imágenes se hacen visibles recogiéndolas en una emulsión fotográfica, utilizando un tubo convertidor de imagen o presentándolas en una pantalla de televisión después de recogerlas en un fototubo sensible al ultravioleta. -Contrate de Fases: Se desarrollo para poder incrementar las diferencias de contraste entre las células y el medio que las rodea, lo que permite su visualización sin necesidad de tinción. Emplea iluminación regulada de la preparación, lo que se realiza por un sistema objetivo de contraste de fases especial , y un condensador acoplado al microscopio óptico ordinario. Se basa en el hecho de que las células poseen diferente índice de refracción que el medio, y por lo tanto producen un desvío en los rayos de luz que las atraviesan. La luz al pasar de un medio a otro de densidad ligeramente diferente, experimenta una desviación o refracción, de su dirección primitiva (con el microscopio de campo claro no se pueden hacer perceptibles a la vista las ligeras variaciones de espesor o densidad, o de índice de refracción , aunque se produzcan pequeñísimas desviaciones en las ondas incidentes que atraviesan el material de observación). El conjunto óptico de contraste de fases transforma las desviaciones de las ondas incidentes en las correspondientes variaciones de luminosidad. Se usa habitualmente en investigación porque permite la observación en montajes húmedos (en los que la muestra permanece viable o células vivas). No se necesita tinción y se puede
  • 5. LEOQ 5 observar el movimiento de los componentes celulares. -Microscopio Electrónico: Funciona mediante bombardeo de electrones sobre la muestra. Emplea ondas de electrones y campos magnéticos para producir la imagen, luego es proyectada sobre una pantalla. La Microscopia Electrónica de Barrido (SEM) permite obtener imágenes de la superficie con un gran grado de detalle y profundidad de foco. Tiene la ventaja de su enorme amplificación, porque a causa de la pequeñísima longitud de onda del haz de electrones que utiliza para amplificar el objeto, puede aumentar 100 veces el poder de resolución del microscopio óptico. Un cátodo acelera electrones con un potencial de 50.000 v, como son fácilmente absorbidos en el aire deben viajar en el vacío. Un condensador magnético entre el cátodo y la muestra alinea los electrones, así que estos pasan uniformemente a través de la muestra. Las diferencias de densidad hace que algunos electrones sean absorbidos por la muestra. Una vez pasan los electrones son deflectados por un objetivo magnético similar al de las ondas de luz pasando a través del objetivo óptico, un proyector intermediario de imagen aumenta una porción de los electrones. Los electrones no pueden verse directamente pero producen una imagen visible sobre una cámara fluorescente como un tubo de televisión. La muestra debe montarse en una delgada película con propiedades de absorción de electrones, se cubre con oro y otro metal para dar un fuerte contraste. La longitud de onda de los electrones es más corta que la de la luz. Ver figura 5 y 7. Limitaciones: a) Las células no pueden observarse en estado vivo y en actividad. b) No se proporciona ninguna indicación sobre la naturaleza química de las estructuras que revela. -Microscopio Electrónico de Transmisión (TEM) proporciona información sobre las estructuras cristalinas presentes en superficie. En su versión de alta resolución (HRTEM) permite visualizar os átomos en sus posiciones, dislocaciones, bordes de grano, etc. Los métodos de microscopia electrónica se complementan con analizadores de los rayos X emitidos durante el examen microscópico (EDX), que son característicos de cada elemento. Esto permite completar la imagen con un análisis de su composición química. -Microscopio de fuerza atómica: Similar al del efecto túnel. La aguja entra en contacto con la muestra y detecta los efectos de las fuerzas atómicas. La resolución es similar al del efecto túnel pero sirve para materiales no conductores, como muchas muestras biológicas. -Microscopio de efecto de tunel: Dispone de una aguja tan afilada que en su extremo sólo hay un átomo. Esta punta se sitúa sobre el material y se acerca hasta la distancia de 1 nanómetro (10 a la menos 9 metros). Una corriente eléctrica débil genera una diferencia de potencial de 1 voltio. Al recorrer la superficie de la muestra, la aguja reproduce la topografía atómica de la muestra. (Microscopio de Efecto Túnel de Barrido: STM, Microscopio de Fuerza Atómica AFM) permiten reconstruir imágenes de la superficie átomo a átomo, e incluso trasladarlos de posición.. En consecuencia, el concepto de superficie es tan preciso como se quiera, desde la primera capa de átomos a un espesor de recubrimiento de varias micras. El conocimiento aportado por las técnicas modernas no solo permite identificar los agentes de los cambios de comportamiento sino visualizar determinados procesos como el crecimiento de capas o el rozamiento entre superficies. Propiedades de las lentes Las amplificaciones de las lentes objetivo y ocular proporcionan la amplificación total del microscopio compuesto. El aumento máximo que en la mayoría de las condiciones se puede obtener es cercano a 100 veces 100X; y la mayoría tienen lentes objetivos que amplifican (10X, 40X y 100X), montados en el revolver o pieza giratoria o nasal; la mayor parte de los lentes oculares amplifican 10X. Así utilizando el ocular 10X con objetivos varios, se obtienen amplificaciones totales de 100X (10x10), 400X (40x10) o 1000X (10x100). Generalmente para mcroorganismos se usan aumentos de 1000X. Porque no usar un ocular de 50X o 100X para obtener amplificaciones de 50000X y 10000X, y así sucesivamente? Teóricamente, sí podría hacerse; sin embargo con ello no se logra nada, porque esta amplificación no muestra detalles adicionales. La razón es el poder de resolución (capacidad de distinguir entre dos objetos adyacentes).
  • 6. LEOQ 6 Poder de Resolución: El aumento util de un microscopio esta limitado por el poder de resolución, que es la capacidad de producir imágenes distintas de dos puntos adyacentes (puntos significa aquí dos objetos o detalles de un objeto). El poder de resolución de un microscopio óptico está determinado por la longitud de onda de la luz y por una propiedad del objetivo y de la lente condensador, conocida como apertura numérica (AN). El poder de resolución de un microscopio óptico se calcula utilizando la siguiente fórmula: Poder de Resolución = rcondensadodelANobjetivodelAN LuzladeOndadeLongitud + A partir de esto se puede ver que el poder de resolución puede aumentarse bien sea disminuyendo la longitud de onda de la luz, bien sea aumentando la AN. La escala de luz visible esta entre 400-700 nm. Del mismo modo, el grado en que pueden alterarse los objetivos es ilimitado; la máxima AN para el objetivo de luz en seco es aproximadamente de 0.85 y para el de inmersión en aceite es ligeramente mayor de (1.2 a 1.4). Para ilustrar esto mejor, pensemos que la longitud de onda que estamos utilizando es 0.55. Esta longitud de onda puede seleccionarse utilizando un filtro verde. El objetivo de inmersión en aceite utilizado tiene una apertura numérica de 1.25 y el condensador de 0.9. Sustituyendo estos valores en la ecuación indicada arriba, tenemos que: Poder de resolución = 0.55/1.25 + 0.9 = 0.255µm. Un poder de resolución de 0.255 µm significa que si dos puntos están separados menos 0.255 µm, aparecerán como un solo punto. Deben estar separados más de 0.255 µm para aparecer como dos objetos distintos. Un aumento en exceso del poder de resolución, no desempeña ninguna función útil. Además el poder de resolución en principio depende de la longitud de onda de la iluminación que se utilice. Esta relación se define de acuerdo a la siguiente formula: Poder de resolución = longitud de onda de la luz NA Donde NA es la apertura numérica de la lente. Cuanto mayor sea el poder de resolución, mayor es la utilidad de la ampliación que se obtiene; y obviamente, cuanto más corta sea la longitud de onda de la luz empleada y más grande la NA del lente, mayor será el poder de resolución del microscopio. La longitud de onda media de la luz visible que se usa en los microscopios ópticos es de 0.5 µm. El poder de resolución máximo que se puede obtener con lentes comunes es de cerca de la mitad de longitud de las ondas de luz o aproximadamente 0.25 µm, de acuerdo al ejercicio anterior. La relación entre longitud de onda y poder de resolución se muestra en la Figura 7. Figura 7. Efecto que la longitud de onda de la fuente de radiación tiene sobre el poder de resolución de un microscopio. a) La luz visible no detecta objetos menores de 0.25 µm, con ésta por ejemplo no se pueden ver las fimbrias, los virus o los espacios entre dos bacterias. B) El rayo de electrones si detecta la fimbria, los virus y el espacio entre las dos bacterias. La microbiología como ciencia no se desarrollo hasta la última parte del siglo XIX, esto debido a que además del microscopio fue necesario idear otras técnicas para el estudio de los microorganismos, su desarrollo como ciencia independiente se debe a que respondió interrogantes como ¿Existe la generación espontánea? Y ¿Cuál es la causa de las enfermedades infecciosas? A dicho desarrollo contribuyo Pasteur cuando demostró que la vida no se originaba espontáneamente y que las bacterias que aparecían en los alimentos putrefactos se deben a la presencia en el aire de estas.
  • 7. LEOQ 7 Esto lo tuvo que defender creando otro experimento con un matraz en cuello de cisne y sometiendo a fuego el liquido, de manera que permanecía estéril, no se descomponía , ni aparecía microorganismos, este experimentó bastó para aclarar de modo definitivo la controversia acerca de la generación espontánea. Aunque Pasteur tuvo éxito John Tyndall y Ferdinand Cohn descubrieron que la esterilización no era suficiente esto ocurría debido a la presencia de endosporas estructuras termorresistentes dentro de las células de cultivos viejos de Bacillus. Robert Koch en 1.876 publico un trabajo sobre carbunco, una enfermedad del ganado que en ocasiones también afecta el hombre causada por una bacteria que formadora de esporas Bacillus anthracis. En 1.881 comenzó a estudiar la tuberculosis Koch empleó todos los métodos desarrollados anteriormente: microscopia, tinción de tejidos, aislamiento en cultivos puros e inoculación en animales. El Mycobacterim tuberculosis es muy difícil de teñir por lo que Koch desarrollo la coloración de Ziehl-Nielsen, usada hoy para teñir bacterias ácido alcohol reistentes, en 1.882 anunció su descubrimiento, por este trabajo le fue otorgado el premio nobel en 1.905, justo cinco años antes de su muerte. También se le atribuye el descubrimiento del Vibrio cholerae así como la importancia de la filtración de aguas en el control de esta enfermedad. Durante el siglo XX han ocurrido grandes cambio: avances en el campo de la microbiología medica e inmunología en la primera parte del siglo, otros avances se han registrado en el campo de la microbiología agrícola. Posteriormente los estudios para microbiología del suelo aportaron descubrimientos sobre usos importantes de los microorganismos tales como la formación de antibióticos y productos industriales abriendo el campo de la microbiología industrial después de la segunda guerra mundial. Finalmente la microbiología del suelo sentó bases sólidas para la microbiología acuática estudio de procesos microbianos que ocurren en lagos, ríos y océanos. Una rama se centra en el estudio de procesos capaces de suministrar agua saludable a la sociedad. El manejo de desperdicios, especialmente desechos domésticos requiere el desarrollo de procesos de ingeniería a gran escala para el tratamiento de residuos, muchos de los cuales son microbianos, por ello se desarrollado la microbiología sanitaria. Para suministrar agua potable adecuada se han establecido métodos que eliminan las bacterias peligrosas de las redes de agua. Hacia finales del siglo XX todas estas subdisciplinas se han unido en un área llamada ecología microbiana, como conceptos aplicados, también se han desarrollado los conceptos básicos de la función microbiana. En la primera parte del siglo los avances fueron el descubrimiento de nuevas bacterias y su clasificación lo cual requirió conocer los nutrientes y productos que se forman dando lugar a la fisiología microbiana así como a el estudio de las enzimas y de las reacciones químicas que dirigen, bioquímica microbiana. En 1.950 cuando se descubrió el intercambio genético en bacterias, se consolidó como campo de estudio la genética bacteriana. El desarrollo de estos campos permitió a principios de los 70s, un conocimiento avanzada del ADN, ARN y la síntesis de proteínas. Surgió la Biología Molecular debido en gran parte por el estudio con bacterias. El estudio de los virus es otro avance, principalmente por los virus que infectan bacterias bacteriófagos. Estos avances permitieron manipular el ADN bacteriano e introducir ADN de origen exógeno en bacterias y controlar su replicación. Técnicas de secuenciación de ácidos nucleicos usadas en el establecimiento de relaciones filogenéticos en procariotas, permitiendo conocer la historia evolutiva de los microorganismos. Ver Figura 8.
  • 8. LEOQ 2 Figura 8. Arbol filogenético Universal, construido ha partir de la comparación de las secuencias de los ARN ribosómicos16s y 18s (1). Estructura celular La célula es la unidad fundamental de toda la materia viva, aislada de otras células por una membrana (celular) citoplasmática que separa el exterior del interior celular, a través de ella entran y salen nutrientes, es muy fina y necesita de una pared celular para protección y darle firmeza, las células animales por ejemplo no tiene pared celular dentro de ella hay materiales químicos y se halla el núcleo o nucleoide donde esta la información genética y una complicada mezcla de sustancias y estructuras llamada el citoplasma, donde se encuentra la maquinaria para el crecimiento y el funcionamiento celular. Ver Figura 9. Todas las células contiene proteínas, ácidos nuclicos, lípidos y polisacáridos, denominadas macromoléculas. Células procariotas y eucariotas Se ha puesto de manifiesto dos tipos básicos de células estructuralmente diferentes. Procariotas y Eucariotas. Ver Figura 9 y 10. Las eucariotas tiene un núcleo que encierra varias moléculas de ADN y se divide por mitosis al contrario de la región nuclear llamada nucleoide de las procariotas, no esta rodeada por una membrana, consta de una sola molécula de ADN, su división no es mitótica. Además del núcleo, las eucariota contienen estructuras internas rodeadas por membrana como
  • 9. LEOQ 2 las mitocondrias y cloroplastos, también poseen un citoesqueleto. A partir de estudios sobre secuencias de RNA ribosómico se pueden definir tres linajes celulares evolutivamente diferentes dos son procarióticos y uno es eucariótico. Las procariotas representan dos ramas evolutivas o grupos: Bacteria y Archaea. El eucariótico es Eukarya, existen varios grupos de microorganismos eucarióticos: algas, hongos y protozoos, además las formas pluricelulares de vida (plantas y animales) están formadas por células eucarióticas. Ver Figura 10. Figura 9. Célula procariótica (6). Figura 10. Célula eucariota (6). Referencias 1. Christon J. Hurst., et al. Manual of Envoronmental Microbiology. Second Edition. ASM Press, Washingto, D.C. 2002, páginas 3-5. 2. Pelczar J. Michael. Elementos de Microbiología. 1984. Ed. Mc Graw-Hill México. Pg 50-59. 3. Brock Madigan. Biología de los microorganismos. Prentice Hall, Madrid 1999. Octava Edición. Pg 53- 60. En línea: 4. http://www.expoindustria.net/microscopio.htm Consulta en Febrero del 2002. 5. http://www.csic.es/hispano/patrimo/micro1/microe vo.htm. Consulta en Febrero de 2002. 6. http://www.brooklyn.cuny.edu/bc/ahp/CellBio/Gr owth/MGDirect.html Consulta en Mayo de 2002.