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Microorganismo

Un grupo de bacterias Escherichia coli ampliado 10.000 veces. Un microorganismo , o microbio , [ a ] es un organismo de tamaño microscópico , que puede existir en su forma unice...

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Un grupo de bacterias Escherichia coli ampliado 10.000 veces.

Un microorganismo , o microbio , [ a ] es un organismo de tamaño microscópico , que puede existir en su forma unicelular o como una colonia de células . La posible existencia de vida microbiana invisible se sospechaba desde la antigüedad, con una atestación temprana en la literatura jainista escrita en la India del siglo VI  a. C. El estudio científico de los microorganismos comenzó con su observación bajo el microscopio en la década de 1670 por Anton van Leeuwenhoek . En la década de 1850, Louis Pasteur descubrió que los microorganismos causaban el deterioro de los alimentos , desacreditando la teoría de la generación espontánea . En la década de 1880, Robert Koch descubrió que los microorganismos causaban las enfermedades tuberculosis , cólera , difteria y ántrax .

Los microorganismos son extremadamente diversos y representan a la mayoría de los organismos unicelulares en los tres dominios de la vida : dos de los tres dominios, Archaea y Bacteria , contienen únicamente microorganismos. El tercer dominio, Eukaryota , incluye a todos los organismos multicelulares , así como a muchos protistas y protozoos unicelulares que son microbios. Algunos protistas están emparentados con los animales y otros con las plantas verdes . Muchos organismos multicelulares también son microscópicos, como los microanimales , algunos hongos y algunas algas .

Los microorganismos pueden tener hábitats muy diversos y viven en todas partes, desde los polos hasta el ecuador , en desiertos , géiseres , rocas y las profundidades marinas . Algunos están adaptados a condiciones extremas, como temperaturas muy altas o muy bajas ; otros, a altas presiones ; y algunos, como Deinococcus radiodurans , a entornos con alta radiación . Los microbios son un componente vital de los suelos fértiles . Los microorganismos también conforman la microbiota que se encuentra en y sobre todos los organismos multicelulares . Existe evidencia de que rocas australianas de 3450 millones de años de antigüedad alguna vez contuvieron microorganismos, la evidencia directa más antigua de vida en la Tierra. [ 1 ] [ 2 ]

Los microbios son importantes para la cultura y la salud humanas de muchas maneras: fermentan alimentos , tratan aguas residuales y producen combustible , enzimas y otros compuestos. Son herramientas esenciales en biología como organismos modelo y se han utilizado en la guerra biológica y el bioterrorismo . En el cuerpo humano , los microorganismos conforman la microbiota , incluyendo la flora intestinal esencial . Los patógenos responsables de muchas enfermedades infecciosas son microbios y, por lo tanto, son el objetivo de las medidas de higiene .

Descubrimiento

precursores antiguos

Antonie van Leeuwenhoek fue el primero en estudiar los organismos microscópicos.
Lazzaro Spallanzani demostró que hervir un caldo impedía su descomposición.

La posible existencia de organismos microscópicos se debatió durante muchos siglos antes de su descubrimiento en el siglo XVII. En el siglo VI  a. C., los jainistas de la India actual postularon la existencia de diminutos organismos llamados nigodas . [ 3 ] Se dice que estos nigodas nacen en grupos; viven en todas partes, incluyendo los cuerpos de plantas, animales y personas; y su vida dura solo una fracción de segundo. [ 4 ] Según Mahavira , el vigésimo cuarto predicador del jainismo, los humanos destruyen estos nigodas a gran escala cuando comen, respiran, se sientan y se mueven. [ 3 ] Muchos jainistas modernos afirman que las enseñanzas de Mahavira presagian la existencia de microorganismos, tal como los descubrió la ciencia. [ 5 ]

La idea más antigua conocida que indica la posibilidad de que las enfermedades se propaguen por organismos aún invisibles fue la del erudito romano Marco Terencio Varrón  en un libro del siglo I a. C. titulado Sobre la agricultura, en el que llamó a las criaturas invisibles animalia minuta y advirtió contra la ubicación de una granja cerca de un pantano: [ 6 ]

…y porque se crían ciertas criaturas minúsculas que no se pueden ver a simple vista, que flotan en el aire y entran al cuerpo por la boca y la nariz y causan enfermedades graves. [ 6 ]

En El Canon de la Medicina (1020), Avicena sugirió que la tuberculosis y otras enfermedades podrían ser contagiosas. [ 7 ] [ 8 ]

Principios de la Edad Moderna

En el siglo XV, el científico turco Akshamsaddin especuló sobre la vida microbiana relacionada con las enfermedades en su obra Maddat ul-Hayat ( La materia de la vida ):

Es un error suponer que las enfermedades aparecen en los individuos uno por uno. Las enfermedades se transmiten de persona a persona. Esta transmisión se produce a través de pequeñas semillas invisibles a simple vista, pero que permanecen vivas. [ 9 ] [ 10 ]

En 1546 , Girolamo Fracastoro propuso que las enfermedades epidémicas eran causadas por entidades transferibles similares a semillas que podían transmitir la infección por contacto directo o indirecto, o incluso sin contacto a largas distancias. [ 11 ]

Antonie van Leeuwenhoek es considerado uno de los padres de la microbiología . Fue el primero en 1673 en descubrir y realizar experimentos científicos con microorganismos, utilizando microscopios simples de una sola lente de su propio diseño. [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] Robert Hooke , contemporáneo de Leeuwenhoek, también utilizó la microscopía para observar la vida microbiana en forma de cuerpos fructíferos de mohos . En su libro Micrographia de 1665 , realizó dibujos de estudios y acuñó el término célula . [ 16 ]

siglo XIX

Louis Pasteur demostró que los hallazgos de Spallanzani se mantenían incluso si el aire podía entrar a través de un filtro que impedía el paso de partículas.

Louis Pasteur (1822-1895) expuso caldos hervidos al aire, tanto en recipientes con un filtro para evitar que las partículas pasaran al medio de cultivo , como en recipientes sin filtro, pero con entrada de aire a través de un tubo curvo para que las partículas de polvo se depositaran y no entraran en contacto con el caldo. Al hervir el caldo previamente, Pasteur se aseguró de que ningún microorganismo sobreviviera en él al comienzo del experimento. No se observó crecimiento alguno en los caldos durante el experimento de Pasteur. Esto significaba que los organismos vivos que crecieron en dichos caldos provenían del exterior, como esporas en el polvo, en lugar de generarse espontáneamente dentro del caldo. De este modo, Pasteur refutó la teoría de la generación espontánea y apoyó la teoría microbiana de las enfermedades . [ 17 ]

Robert Koch demostró que los microorganismos causan enfermedades .

En 1876, Robert Koch (1843-1910) estableció que los microorganismos pueden causar enfermedades. Descubrió que la sangre del ganado infectado con ántrax siempre contenía grandes cantidades de Bacillus anthracis . Koch descubrió que podía transmitir el ántrax de un animal a otro tomando una pequeña muestra de sangre del animal infectado e inyectándola en uno sano, lo que provocaba que este último enfermara. También descubrió que podía cultivar la bacteria en un caldo nutritivo, inyectarla en un animal sano y causarle la enfermedad. Basándose en estos experimentos, ideó criterios para establecer un vínculo causal entre un microorganismo y una enfermedad, conocidos actualmente como los postulados de Koch . [ 18 ] Si bien estos postulados no se pueden aplicar en todos los casos, conservan una importancia histórica para el desarrollo del pensamiento científico y aún se utilizan hoy en día. [ 19 ]

El descubrimiento de microorganismos como la Euglena, que no encajaban ni en el reino animal ni en el vegetal , ya que eran fotosintéticos como las plantas, pero móviles como los animales, llevó a la denominación de un tercer reino en la década de 1860. En 1860, John Hogg lo llamó Protoctista , y en 1866, Ernst Haeckel lo denominó Protista . [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

El trabajo de Pasteur y Koch no reflejó con precisión la verdadera diversidad del mundo microbiano debido a su enfoque exclusivo en microorganismos con relevancia médica directa. No fue hasta el trabajo de Martinus Beijerinck y Sergei Winogradsky a finales del siglo XIX que se reveló la verdadera amplitud de la microbiología. [ 23 ] Beijerinck hizo dos contribuciones importantes a la microbiología: el descubrimiento de los virus y el desarrollo de técnicas de cultivo de enriquecimiento . [ 24 ] Si bien su trabajo sobre el virus del mosaico del tabaco estableció los principios básicos de la virología, fue su desarrollo del cultivo de enriquecimiento el que tuvo el impacto más inmediato en la microbiología al permitir el cultivo de una amplia gama de microbios con fisiologías muy diferentes. Winogradsky fue el primero en desarrollar el concepto de quimiolitotrofía y, por lo tanto, en revelar el papel esencial que desempeñan los microorganismos en los procesos geoquímicos. [ 25 ] Fue responsable del primer aislamiento y descripción de bacterias nitrificantes y fijadoras de nitrógeno . [ 23 ] El microbiólogo franco-canadiense Félix d'Hérelle codescubrió los bacteriófagos y fue uno de los primeros microbiólogos aplicados. [ 26 ]

Clasificación y estructura

Los microorganismos se pueden encontrar prácticamente en cualquier lugar de la Tierra . Las bacterias y las arqueas son casi siempre microscópicas, mientras que varios eucariotas también lo son, incluyendo la mayoría de los protistas , algunos hongos , así como algunos microanimales y plantas. Los virus generalmente se consideran seres no vivos y, por lo tanto, no se consideran microorganismos, aunque la virología , el estudio de los virus, es un subcampo de la microbiología . [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]

Evolución

Los microorganismos unicelulares fueron las primeras formas de vida que se desarrollaron en la Tierra, hace aproximadamente 3.500 millones de años. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] La evolución posterior fue lenta, [ 33 ] y durante unos 3.000  millones de años en el eón Precámbrico (gran parte de la historia de la vida en la Tierra ), todos los organismos fueron microorganismos. [ 34 ] [ 35 ] Se han identificado bacterias, algas y hongos en ámbar de 220 millones de años de antigüedad, lo que demuestra que la morfología de los microorganismos ha cambiado poco desde al menos el período Triásico . [ 36 ] Sin embargo, el papel biológico recientemente descubierto del níquel , especialmente el provocado por las erupciones volcánicas de las Trampas de Siberia , puede haber acelerado la evolución de los metanógenos hacia el final del evento de extinción del Pérmico-Triásico . [ 37 ] 

Los microorganismos tienden a tener una tasa de evolución relativamente rápida. La mayoría de los microorganismos pueden reproducirse rápidamente, y las bacterias también pueden intercambiar genes libremente mediante conjugación , transformación y transducción , incluso entre especies muy divergentes. [ 38 ] Esta transferencia horizontal de genes , junto con una alta tasa de mutación y otros medios de transformación, permite a los microorganismos evolucionar rápidamente (mediante selección natural ) para sobrevivir en nuevos entornos y responder a las tensiones ambientales . Esta rápida evolución es importante en medicina, ya que ha llevado al desarrollo de bacterias patógenas multirresistentes , superbacterias , que son resistentes a los antibióticos . [ 39 ]

En 2012, científicos japoneses descubrieron una posible forma de transición entre un microorganismo procariota y un eucariota. Parakaryon myojinensis es un microorganismo único, de mayor tamaño que un procariota típico, pero con material nuclear encerrado en una membrana, como en un eucariota, y con la presencia de endosimbiontes. Se considera la primera forma evolutiva plausible de microorganismo, que muestra una etapa de desarrollo desde el procariota al eucariota. [ 40 ] [ 41 ]

Arqueas

Las arqueas son organismos unicelulares procariotas y forman el primer dominio de la vida en el sistema de tres dominios de Carl Woese . Un procariota se define como aquel que no tiene núcleo celular ni otros orgánulos unidos a la membrana . Las arqueas comparten esta característica definitoria con las bacterias con las que antes se agrupaban. En 1990, el microbiólogo Woese propuso el sistema de tres dominios que dividió a los seres vivos en bacterias, arqueas y eucariotas, [ 42 ] y, por lo tanto, dividió el dominio procariota.

Las arqueas se diferencian de las bacterias tanto en su genética como en su bioquímica. Por ejemplo, mientras que las membranas celulares bacterianas están formadas por fosfoglicéridos con enlaces éster , las membranas de las arqueas están formadas por lípidos de éter . [ 43 ] Las arqueas fueron descritas originalmente como extremófilas que viven en ambientes extremos , como aguas termales , pero desde entonces se han encontrado en todo tipo de hábitats . [ 44 ] Solo ahora los científicos están empezando a darse cuenta de lo comunes que son las arqueas en el medio ambiente, siendo Thermoproteota (anteriormente Crenarchaeota) la forma de vida más común en el océano, dominando los ecosistemas por debajo de los 150 metros (490 pies) de profundidad. [ 45 ] [ 46 ] Estos organismos también son comunes en el suelo y desempeñan un papel vital en la oxidación del amoníaco . [ 47 ] 

Los dominios combinados de arqueas y bacterias conforman el grupo de organismos más diverso y abundante de la Tierra y habitan prácticamente todos los ambientes donde la temperatura es inferior a +140 ° C (284 °F) . Se encuentran en el agua , el suelo , el aire , como parte del microbioma de un organismo, en aguas termales e incluso en las profundidades de la corteza terrestre, en las rocas . [ 48 ] Se estima que el número de procariotas ronda los cinco nonillones, o 5 × 10³⁰ , lo que representa al menos la mitad de la biomasa de la Tierra. [ 49 ]  

Se desconoce la biodiversidad de los procariotas, pero podría ser muy grande. Una estimación de mayo de 2016, basada en leyes de escalamiento del número conocido de especies en función del tamaño del organismo, arroja una estimación de quizás 1  billón de especies en el planeta, de las cuales la mayoría serían microorganismos. Actualmente, solo se ha descrito una milésima parte del uno por ciento de ese total. [ 50 ] Las células arqueales de algunas especies se agregan y transfieren ADN de una célula a otra mediante contacto directo, particularmente bajo condiciones ambientales estresantes que causan daño al ADN . [ 51 ] [ 52 ]

bacterias

Bacterias Staphylococcus aureus magnificadas aproximadamente 10.000 veces.

Al igual que las arqueas, las bacterias son procariotas, unicelulares y carecen de núcleo celular u otro orgánulo unido a la membrana. Las bacterias son microscópicas, con algunas excepciones extremadamente raras, como Thiomargarita namibiensis . [ 53 ] Las bacterias funcionan y se reproducen como células individuales, pero a menudo pueden agregarse en colonias multicelulares . [ 54 ] Algunas especies, como las mixobacterias, pueden agregarse en estructuras complejas de enjambre , operando como grupos multicelulares como parte de su ciclo de vida , [ 55 ] o formar cúmulos en colonias bacterianas como E. coli .

Su genoma suele ser un cromosoma bacteriano circular , un único bucle de ADN , aunque también pueden albergar pequeños fragmentos de ADN llamados plásmidos . Estos plásmidos pueden transferirse entre células mediante conjugación bacteriana . Las bacterias poseen una pared celular que les proporciona resistencia y rigidez. Se reproducen por fisión binaria o, a veces, por gemación , pero no experimentan reproducción sexual meiótica . Sin embargo, muchas especies bacterianas pueden transferir ADN entre células individuales mediante un proceso de transferencia horizontal de genes denominado transformación natural . [ 56 ] Algunas especies forman esporas extraordinariamente resistentes , pero para las bacterias este es un mecanismo de supervivencia, no de reproducción. En condiciones óptimas, las bacterias pueden crecer con extrema rapidez y su número puede duplicarse cada 20 minutos. [ 57 ]

Eucariotas

La mayoría de los seres vivos visibles a simple vista en su forma adulta son eucariotas , incluidos los humanos . Sin embargo, muchos eucariotas también son microorganismos. A diferencia de las bacterias y las arqueas , los eucariotas contienen orgánulos como el núcleo celular , el aparato de Golgi y las mitocondrias en sus células . El núcleo es un orgánulo que alberga el ADN que conforma el genoma de una célula. El ADN (ácido desoxirribonucleico) está organizado en cromosomas complejos . [ 58 ] Las mitocondrias son orgánulos vitales para el metabolismo , ya que son el lugar donde se lleva a cabo el ciclo del ácido cítrico y la fosforilación oxidativa . Evolucionaron a partir de bacterias simbióticas y conservan un genoma remanente. [ 59 ] Al igual que las bacterias, las células vegetales tienen paredes celulares y contienen orgánulos como los cloroplastos , además de los orgánulos presentes en otros eucariotas. Los cloroplastos producen energía a partir de la luz mediante la fotosíntesis y también fueron originalmente bacterias simbióticas. [ 59 ]

Los eucariotas unicelulares constan de una sola célula a lo largo de su ciclo vital. Esta característica es importante, ya que la mayoría de los eucariotas multicelulares constan de una sola célula, llamada cigoto, únicamente al inicio de su ciclo vital. Los eucariotas microbianos pueden ser haploides o diploides , y algunos organismos poseen múltiples núcleos celulares .

Los eucariotas unicelulares suelen reproducirse asexualmente por mitosis en condiciones favorables. Sin embargo, en condiciones de estrés, como la limitación de nutrientes y otras condiciones asociadas con el daño al ADN, tienden a reproducirse sexualmente por meiosis y singamia . [ 60 ]

protistas

Euglena mutabilis , un flagelado fotosintético

De los grupos eucariotas , los protistas son los más comúnmente unicelulares y microscópicos. Este es un grupo de organismos muy diverso que no es fácil de clasificar. [ 61 ] [ 62 ] Varias especies de algas son protistas multicelulares , y los mohos mucilaginosos tienen ciclos de vida únicos que implican alternar entre formas unicelulares, coloniales y multicelulares. [ 63 ] Se desconoce el número de especies de protistas, ya que solo se ha identificado una pequeña proporción. La diversidad de protistas es alta en los océanos, las fuentes hidrotermales de aguas profundas, los sedimentos fluviales y un río ácido, lo que sugiere que aún podrían descubrirse muchas comunidades microbianas eucariotas. [ 64 ] [ 65 ]

Hongos

Los hongos incluyen varias especies unicelulares, como la levadura de panadería ( Saccharomyces cerevisiae ) y la levadura de fisión ( Schizosaccharomyces pombe ). Algunos hongos, como la levadura patógena Candida albicans , pueden experimentar cambios fenotípicos y crecer como células individuales en algunos entornos y como hifas filamentosas en otros. [ 66 ]

Plantas

Las algas verdes son un gran grupo de eucariotas fotosintéticos que incluyen muchos organismos microscópicos. Aunque algunas algas verdes se clasifican como protistas , otras, como las carofitas, se clasifican con las plantas embriofitas , que son el grupo más conocido de plantas terrestres. Las algas pueden crecer como células individuales o en largas cadenas celulares. Las algas verdes incluyen flagelados unicelulares y coloniales , generalmente, aunque no siempre, con dos flagelos por célula, así como diversas formas coloniales, cocoides y filamentosas. En las Charales , que son las algas más emparentadas con las plantas superiores, las células se diferencian en varios tejidos distintos dentro del organismo. Existen alrededor de 6000 especies de algas verdes. [ 67 ]

Ecología

Los microorganismos se encuentran en casi todos los hábitats presentes en la naturaleza, incluidos entornos hostiles como los polos Norte y Sur , desiertos , géiseres y rocas . También incluyen todos los microorganismos marinos de los océanos y las profundidades marinas . Algunos tipos de microorganismos se han adaptado a entornos extremos y han mantenido colonias; estos organismos se conocen como extremófilos . Se han aislado extremófilos de rocas hasta a 7 kilómetros por debajo de la superficie terrestre, [ 68 ] y se ha sugerido que la cantidad de organismos que viven bajo la superficie terrestre es comparable a la cantidad de vida en o sobre la superficie. [ 48 ] Se sabe que los extremófilos sobreviven durante un tiempo prolongado en el vacío y pueden ser altamente resistentes a la radiación , lo que incluso podría permitirles sobrevivir en el espacio. [ 69 ] Muchos tipos de microorganismos tienen relaciones simbióticas íntimas con otros organismos más grandes; algunas de las cuales son mutuamente beneficiosas ( mutualismo ), mientras que otras pueden ser dañinas para el organismo huésped ( parasitismo ). Si los microorganismos pueden causar enfermedades en un huésped, se les conoce como patógenos . Los microorganismos desempeñan funciones cruciales en los ciclos biogeoquímicos de la Tierra , ya que son responsables de la descomposición y la fijación de nitrógeno . [ 70 ]

Las bacterias utilizan redes reguladoras que les permiten adaptarse a casi cualquier nicho ambiental en la Tierra. [ 71 ] [ 72 ] Una red de interacciones entre diversos tipos de moléculas, incluyendo ADN, ARN, proteínas y metabolitos, es utilizada por las bacterias para lograr la regulación de la expresión génica . En las bacterias, la función principal de las redes reguladoras es controlar la respuesta a los cambios ambientales, por ejemplo, el estado nutricional y el estrés ambiental. [ 73 ] Una organización compleja de redes permite al microorganismo coordinar e integrar múltiples señales ambientales. [ 71 ]

Extremófilos

Una tétrada de Deinococcus radiodurans , una bacteria extremófila radiorresistente.

Los extremófilos son microorganismos que se han adaptado para sobrevivir e incluso prosperar en ambientes extremos que normalmente son fatales para la mayoría de las formas de vida. Los termófilos e hipertermófilos prosperan en altas temperaturas . Los psicrófilos prosperan en temperaturas extremadamente bajas. – Temperaturas tan altas como 130 °C (266 °F) [ 74 ] tan bajas como −17 °C (1 °F) [ 75 ] Los halófilos como Halobacterium salinarum (una arquea) prosperan en condiciones de alta salinidad , hasta la saturación. [ 76 ] Los alcalófilos prosperan en un pH alcalino de aproximadamente 8.5–11. [ 77 ] Los acidófilos pueden prosperar en un pH de 2.0 o menos. [ 78 ] Los piezófilos prosperan a presiones muy altas : hasta 1000–2000 atm , hasta 0 atm como en el vacío del espacio . [ b ] Algunos extremófilos como Deinococcus radiodurans son radiorresistentes , [ 80 ] resistiendo la exposición a la radiación de hasta 5k Gy . Los extremófilos son importantes de diferentes maneras. Extienden la vida terrestre a gran parte de la hidrosfera , la corteza y la atmósfera de la Tierra , sus mecanismos específicos de adaptación evolutiva a su entorno extremo pueden ser explotados en biotecnología , y su mera existencia en tales condiciones extremas aumenta el potencial de vida extraterrestre . [ 81 ]    

Plantas y suelo

El ciclo del nitrógeno en los suelos depende de la fijación del nitrógeno atmosférico . Esto se logra mediante una serie de diazotrofos . Una forma en que esto puede ocurrir es en los nódulos radiculares de las leguminosas que contienen bacterias simbióticas de los géneros Rhizobium , Mesorhizobium , Sinorhizobium , Bradyrhizobium y Azorhizobium . [ 82 ]

Las raíces de las plantas crean una región estrecha conocida como rizosfera que alberga muchos microorganismos conocidos como microbioma radicular . [ 83 ]

Estos microorganismos en el microbioma de la raíz pueden interactuar entre sí y con las plantas circundantes mediante señales y señales químicas. Por ejemplo, los hongos micorrícicos se comunican con los sistemas radiculares de muchas plantas a través de señales químicas entre la planta y el hongo. Esto da lugar a una simbiosis mutualista entre ambos. Sin embargo, estas señales pueden ser interceptadas por otros microorganismos, como la bacteria del suelo Myxococcus xanthus , que se alimenta de otras bacterias. La interceptación de señales por parte de receptores no deseados, como plantas y microorganismos, puede tener consecuencias evolutivas a gran escala. Por ejemplo, las parejas emisor-receptor, como las parejas planta-microorganismo, pueden perder la capacidad de comunicarse con poblaciones vecinas debido a la variabilidad de los interceptores. Al adaptarse para evitar a los interceptores locales, podría producirse una divergencia de señales y, por lo tanto, provocar el aislamiento de plantas y microorganismos, impidiendo su comunicación con otras poblaciones. [ 84 ]

Simbiosis

La cianobacteria fotosintética Hyella caespitosa (formas redondas) con hifas fúngicas (filamentos translúcidos) en el liquen Pyrenocollema halodytes.

Un liquen es una simbiosis de un hongo macroscópico con algas microbianas fotosintéticas o cianobacterias . [ 85 ] [ 86 ]

Aplicaciones

Los microorganismos son útiles en la producción de alimentos, el tratamiento de aguas residuales, la creación de biocombustibles y una amplia gama de productos químicos y enzimas. Son invaluables en la investigación como organismos modelo . Han sido utilizados como armas y, en ocasiones, en la guerra y el bioterrorismo . Son vitales para la agricultura por su papel en el mantenimiento de la fertilidad del suelo y la descomposición de la materia orgánica. También tienen aplicaciones en la acuicultura, como en la tecnología de biofloc .

Producción de alimentos

Los microorganismos se utilizan en un proceso de fermentación para elaborar yogur , queso , cuajada , kéfir , ayran , xynogala y otros tipos de alimentos. Los cultivos de fermentación aportan sabor y aroma, e inhiben organismos indeseables. [ 87 ] Se utilizan para leudar el pan y para convertir los azúcares en alcohol en el vino y la cerveza . Los microorganismos se utilizan en la elaboración de cerveza , vino , pan , encurtidos y otros procesos de elaboración de alimentos . [ 88 ]

Tratamiento del agua

Las plantas de tratamiento de aguas residuales dependen en gran medida de los microorganismos para oxidar la materia orgánica.

Estos sistemas dependen, para su capacidad de limpiar agua contaminada con materia orgánica, de microorganismos que pueden respirar sustancias disueltas. La respiración puede ser aeróbica, con un lecho filtrante bien oxigenado, como un filtro de arena lento . [ 89 ] La digestión anaeróbica por metanógenos genera gas metano útil como subproducto. [ 90 ]

Energía

Los microorganismos se utilizan en la fermentación para producir etanol [ 91 ] y en reactores de biogás para producir metano [ 92 ] . Los científicos están investigando el uso de algas para producir combustibles líquidos [ 93 ] y bacterias para convertir diversas formas de residuos agrícolas y urbanos en combustibles utilizables [ 94 ] .

Sustancias químicas, enzimas

Los microorganismos se utilizan para producir muchos productos químicos comerciales e industriales, enzimas y otras moléculas bioactivas. Los ácidos orgánicos producidos a gran escala industrial mediante fermentación microbiana incluyen el ácido acético producido por bacterias del ácido acético como Acetobacter aceti , el ácido butírico producido por la bacteria Clostridium butyricum , el ácido láctico producido por Lactobacillus y otras bacterias del ácido láctico , [ 95 ] y el ácido cítrico producido por el hongo mohoso Aspergillus niger . [ 95 ]

Los microorganismos se utilizan para preparar moléculas bioactivas como la estreptoquinasa de la bacteria Streptococcus , [ 96 ] la ciclosporina A del hongo ascomiceto Tolypocladium inflatum , [ 97 ] y las estatinas producidas por la levadura Monascus purpureus . [ 98 ]

Ciencia

Un recipiente de fermentación de laboratorio

Los microorganismos son herramientas esenciales en biotecnología , bioquímica , genética y biología molecular . Las levaduras Saccharomyces cerevisiae y Schizosaccharomyces pombe son organismos modelo importantes en la ciencia, ya que son eucariotas simples que se pueden cultivar rápidamente en grandes cantidades y son fáciles de manipular. [ 99 ] Son particularmente valiosas en genética, genómica y proteómica . [ 100 ] [ 101 ] Los microorganismos se pueden aprovechar para usos como la creación de esteroides y el tratamiento de enfermedades de la piel. Los científicos también están considerando el uso de microorganismos para pilas de combustible vivas , [ 102 ] y como solución para la contaminación. [ 103 ]

Guerra

En la Edad Media , como un ejemplo temprano de guerra biológica , se arrojaban cadáveres enfermos a los castillos durante los asedios utilizando catapultas u otras máquinas de asedio . Las personas cercanas a los cadáveres quedaban expuestas al patógeno y era probable que lo propagaran a otros. [ 104 ]

En tiempos modernos, el bioterrorismo ha incluido el ataque bioterrorista de Rajneeshee de 1984 [ 105 ] y la liberación de ántrax por Aum Shinrikyo en Tokio en 1993. [ 106 ]

Suelo

Los microbios pueden hacer que los nutrientes y minerales del suelo estén disponibles para las plantas, producir hormonas que estimulan el crecimiento, activar el sistema inmunitario de la planta y desencadenar o atenuar las respuestas al estrés. En general, una mayor diversidad de microbios en el suelo se traduce en menos enfermedades de las plantas y un mayor rendimiento. [ 107 ]

Salud humana

flora intestinal humana

Los microorganismos pueden formar una relación endosimbiótica con otros organismos más grandes. Por ejemplo, la simbiosis microbiana desempeña un papel crucial en el sistema inmunitario. Los microorganismos que componen la flora intestinal en el tracto gastrointestinal contribuyen a la inmunidad intestinal, sintetizan vitaminas como el ácido fólico y la biotina , y fermentan carbohidratos complejos no digeribles . [ 108 ] Algunos microorganismos que se consideran beneficiosos para la salud se denominan probióticos y están disponibles como suplementos dietéticos o aditivos alimentarios . [ 109 ]

Enfermedad

El parásito eucariota Plasmodium falciparum (formas azules espinosas), agente causante de la malaria , en sangre humana.

Los microorganismos son los agentes causales ( patógenos ) de muchas enfermedades infecciosas . Entre los organismos implicados se incluyen bacterias patógenas , causantes de enfermedades como la peste , la tuberculosis y el ántrax ; parásitos protozoarios , causantes de enfermedades como la malaria , la enfermedad del sueño , la disentería y la toxoplasmosis ; y también hongos, causantes de enfermedades como la tiña , la candidiasis o la histoplasmosis . Sin embargo, otras enfermedades como la gripe , la fiebre amarilla o el SIDA son causadas por virus patógenos , que generalmente no se clasifican como organismos vivos y, por lo tanto, no son microorganismos según la definición estricta. No se conocen ejemplos claros de patógenos arqueanos, [ 110 ] aunque se ha propuesto una relación entre la presencia de algunos metanógenos arqueanos y la enfermedad periodontal humana . [ 111 ] Numerosos patógenos microbianos son capaces de procesos sexuales que parecen facilitar su supervivencia en el huésped infectado. [ 112 ]

Higiene

La higiene es un conjunto de prácticas para evitar infecciones o el deterioro de los alimentos mediante la eliminación de microorganismos del entorno. Dado que los microorganismos, en particular las bacterias, se encuentran prácticamente en todas partes, los microorganismos dañinos pueden reducirse a niveles aceptables en lugar de eliminarse por completo. En la preparación de alimentos, los microorganismos se reducen mediante métodos de conservación como la cocción, la limpieza de los utensilios, los períodos cortos de almacenamiento o las bajas temperaturas. Si se requiere una esterilidad completa, como en el caso del instrumental quirúrgico, se utiliza un autoclave para eliminar los microorganismos mediante calor y presión. [ 113 ] [ 114 ]

En la ficción

En la novela de ciencia ficción de H.G. Wells de 1898, La guerra de los mundos , formas de vida alienígenas intentan conquistar la Tierra y finalmente son derrotadas por un microbio común al que los humanos son inmunes. [ 115 ]

La película de 2001 Osmosis Jones y su serie Ozzy & Drix están ambientadas en una versión estilizada del cuerpo humano, con microorganismos antropomórficos . [ 116 ]

En el juego independiente FlOw de 2006 , el jugador controla un microorganismo acuático que evoluciona consumiendo otros microorganismos. [ 117 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ La palabra microorganismo ( / ˌ m aɪ k r oʊ ˈ ɔːr ɡ ə n ɪ z əm / ) utiliza formas combinadas de micro- (del griego : μικρός , mikros , 'pequeño') y organismo de ὀργανισμός , organismós , 'organismo'). Generalmente se escribe como una sola palabra, pero a veces se escribe con guion ( micro-organismo ), especialmente en textos antiguos. El sinónimo informal microbio ( / ˈ m aɪ k r oʊ b / ) proviene de mikros y βίος , bíos , 'vida'.
  2. ↑ Labacteria piezófila Halomonas salaria requiere una presión de 1000 atm; se ha informado que los nanobios , un organismo hipotético, se han encontrado en la corteza terrestre a 2000 atm. [ 79 ]

Referencias

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  • Microbes.info es un portal de información sobre microbiología que contiene una amplia colección de recursos, incluyendo artículos, noticias, preguntas frecuentes y enlaces relacionados con el campo de la microbiología.
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  • Árbol de la vida de los eucariotas
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