1.1: Lo que sabían nuestros antepasados

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Objetivos de aprendizaje

Describir cómo nuestros antepasados mejoraron los alimentos con el uso de microbios invisibles
Describir cómo se explicaron las causas de enfermedad y enfermedad en la antigüedad, previo a la invención del microscopio
Describir eventos históricos clave asociados al nacimiento de la microbiología

Enfoque Clínico: Parte 1

Cora, abogada de 41 años y madre de dos hijos, recientemente ha estado experimentando fuertes dolores de cabeza, fiebre alta y rigidez en el cuello. Su esposo, quien ha acompañado a Cora a ver a un médico, informa que Cora también parece confundida a veces e inusualmente somnolienta. Con base en estos síntomas, el médico sospecha que Cora puede tener meningitis, una infección potencialmente mortal del tejido que rodea el cerebro y la médula espinal.

La meningitis tiene varias causas potenciales. Puede ser provocado por bacterias, hongos, virus o incluso una reacción a medicamentos o exposición a metales pesados. Aunque las personas con meningitis viral suelen curarse por sí solas, las meningitis bacterianas y fúngicas son bastante graves y requieren tratamiento.

La figura a es un dibujo de una persona acostada de costado con la espalda mostrando. Un dibujo superpuesto muestra la ubicación de la columna vertebral con una flecha apuntando entre dos vértebras en la parte inferior de la espalda. La Figura b es una fotografía de un tubo de ensayo cubierto que contiene un líquido transparente. — Figura\(\PageIndex{1}\): (a) Se utiliza una punción lumbar para tomar una muestra de líquido cefalorraquídeo (LCR) de un paciente para su análisis. Se inserta una aguja entre dos vértebras de la parte baja de la espalda, llamada región lumbar. b) El CSF debe ser claro, como en esta muestra. El LCR anormalmente turbio puede indicar una infección pero debe ser probado más para confirmar la presencia de microorganismos. (crédito b: modificación de obra de James Heilman)

El médico de Cora ordena una punción lumbar (punción espinal) para tomar tres muestras de líquido cefalorraquídeo (LCR) alrededor de la médula espinal (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las muestras serán enviadas a laboratorios de tres departamentos diferentes para realizar pruebas: química clínica, microbiología y hematología. Las muestras se examinarán primero visualmente para determinar si el LCR está anormalmente coloreado o turbio; luego el LCR se examinará bajo un microscopio para ver si contiene un número normal de glóbulos rojos y blancos y para verificar si hay algún tipo de células anormales. En el laboratorio de microbiología, el espécimen se centrifugará para concentrar cualquier célula en un sedimento; este sedimento se manchará en un portaobjetos y se tiñirá con una tinción Gram. La tinción de Gram es un procedimiento utilizado para diferenciar entre dos tipos diferentes de bacterias (grampositivas y gramnegativas).

Alrededor del 80% de los pacientes con meningitis bacteriana mostrarán bacterias en su LCR con una tinción de Gram. ¹ La mancha Gram de Cora no mostró ninguna bacteria, pero su médico decide recetarle antibióticos por si acaso. Parte de la muestra de LCR se cultivará, se colocará en platillos especiales para ver si crecerán bacterias u hongos. La mayoría de los microorganismos tardan algún tiempo en reproducirse en cantidades suficientes para ser detectados y analizados.

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

¿Qué tipos de microorganismos serían asesinados por el tratamiento antibiótico?

La mayoría de la gente hoy en día, incluso aquellos que saben muy poco sobre microbiología, están familiarizados con el concepto de microbios, o “gérmenes”, y su papel en la salud humana. Los escolares aprenden sobre bacterias, virus y otros microorganismos, y muchos incluso ven especímenes bajo un microscopio. Pero hace unos cientos de años, antes de la invención del microscopio, era imposible probar la existencia de muchos tipos de microbios. Por definición, los microorganismos, o microbios, son organismos muy pequeños; muchos tipos de microbios son demasiado pequeños para verlos sin un microscopio, aunque algunos parásitos y hongos son visibles a simple vista.

Los humanos han estado viviendo con microorganismos, y utilizando, durante mucho más tiempo del que han podido verlos. La evidencia histórica sugiere que los humanos han tenido alguna noción de vida microbiana desde la prehistoria y han utilizado ese conocimiento para desarrollar alimentos, así como prevenir y tratar enfermedades. En esta sección, exploraremos algunas de las aplicaciones históricas de la microbiología así como los inicios tempranos de la microbiología como ciencia.

Alimentos y Bebidas Fermentadas

La gente de todo el mundo ha disfrutado de alimentos y bebidas fermentadas como cerveza, vino, pan, yogur, queso y verduras en escabeche durante toda la historia registrada. Los descubrimientos de varios sitios arqueológicos sugieren que incluso las personas prehistóricas aprovecharon la fermentación para preservar y realzar el sabor de los alimentos. Los arqueólogos que estudiaban tarros de cerámica de una aldea neolítica en China descubrieron que la gente estaba haciendo una bebida fermentada a partir de arroz, miel y fruta ya en el 7000 a.C. ²

La producción de estos alimentos y bebidas requiere fermentación microbiana, un proceso que utiliza bacterias, moho o levaduras para convertir los azúcares (carbohidratos) en alcohol, gases y ácidos orgánicos (Figura\(\PageIndex{2}\)). Si bien es probable que la gente aprendiera primero sobre la fermentación por accidente, tal vez al beber leche vieja que había cuajado o jugo de uva viejo que había fermentado, luego aprendieron a aprovechar el poder de la fermentación para elaborar productos como pan, queso y vino.

La figura de la izquierda muestra células ovales con células ovales más pequeñas que brotan de las células más grandes. Una flecha apunta a un tarro de albañil que contiene un líquido espeso con textura cremosa Otra flecha apunta a una hogaza de pan. — Figura\(\PageIndex{2}\): Vista microscópica de *Saccharomyces cerevisiae*, la levadura encargada de hacer subir el pan (izquierda). La levadura es un microorganismo. Sus células metabolizan los carbohidratos en la harina (media) y producen dióxido de carbono, lo que hace que el pan suba (derecha). (crédito medio: modificación de obra por Janus Sandsgaard; derecho de crédito: modificación de obra por “MdreiBelbis” /Flickr)

El hombre de hielo Treeth

Los humanos prehistóricos tenían una comprensión muy limitada de las causas de la enfermedad, y diversas culturas desarrollaron diferentes creencias y explicaciones. Si bien muchos creían que la enfermedad era un castigo por enfurecer a los dioses o simplemente era el resultado del destino, la evidencia arqueológica sugiere que las personas prehistóricas intentaron tratar enfermedades e infecciones. Un ejemplo de ello es Ötzi el hombre de hielo, una momia de 5300 años de edad encontrada congelada en el hielo de los Alpes Ötzal en la frontera austriaco-italiana en 1991. Debido a que Ötzi estaba tan bien conservado por el hielo, los investigadores descubrieron que estaba infectado con los huevos del parásito Trichuris trichiura, lo que pudo haber provocado que tuviera dolor abdominal y anemia. Los investigadores también encontraron evidencia de Borrelia burgdorferi, una bacteria que causa la enfermedad de Lyme. ³ Algunos investigadores piensan que Ötzi pudo haber estado tratando de tratar sus infecciones con el fruto leñoso del hongo Piptoporus betulinus, que fue descubierto atado a sus pertenencias. ⁴ Este hongo tiene propiedades tanto laxantes como antibióticas. Ötzi también estaba cubierto de tatuajes que se hacían cortando incisiones en su piel, llenándolas de hierbas, y luego quemando las hierbas. ⁵ Se especula que este pudo haber sido otro intento de tratar sus dolencias de salud.

Nociones tempranas de enfermedad, contagio y contención

Varias civilizaciones antiguas parecen haber tenido cierto entendimiento de que la enfermedad podría transmitirse por cosas que no podían ver. Esto es especialmente evidente en los intentos históricos de contener la propagación de enfermedades. Por ejemplo, la Biblia se refiere a la práctica de poner en cuarentena a las personas con lepra y otras enfermedades, sugiriendo que las personas entendieron que las enfermedades podrían ser transmisibles. Irónicamente, si bien la lepra es transmisible, también es una enfermedad que progresa lentamente. Esto significa que las personas probablemente fueron puestas en cuarentena después de que ya habían propagado la enfermedad a otros.

Los antiguos griegos atribuían la enfermedad al mal aire, la mal'aria, a la que llamaban “olores miasmáticos”. Desarrollaron prácticas de higiene que se basaban en esta idea. Los romanos también creyeron en la hipótesis del miasma y crearon una compleja infraestructura de saneamiento para hacer frente a las aguas residuales. En Roma, construyeron acueductos, que traían agua dulce a la ciudad, y una alcantarilla gigante, la Cloaca Maxima, que transportaba los desechos y al río Tíber (Figura\(\PageIndex{3}\)). Algunos investigadores creen que esta infraestructura ayudó a proteger a los romanos de epidemias de enfermedades transmitidas por el agua.

La figura a es un mapa de una ciudad que contiene un estadio, foro y otras estructuras. Corriendo por el centro de la ciudad hay una línea roja. La figura b es una fotografía de una esquina de una habitación. Hay un abrevadero entre las paredes y el piso. Este comedero está cubierto con bancos de piedra que tienen grandes agujeros (como para un inodoro) en el banco. Los agujeros abarcan la parte superior y frontal del banco. Hay seis agujeros visibles en el banco que discurre a lo largo de un lado de la imagen y dos más en el banco a lo largo del otro lado. La imagen no muestra toda la habitación por lo que es probable que haya más lugares disponibles en esta habitación. — Figura\(\PageIndex{3}\): (a) La *Cloaca Maxima*, o “Alcantarilla más grande” (mostrada en rojo), recorría la antigua Roma. Fue una maravilla de la ingeniería que llevó los desechos lejos de la ciudad y al río Tíber. (b) Estas antiguas letrinas vaciaban en la *Cloaca Maxima*.

Incluso antes de la invención del microscopio, algunos médicos, filósofos y científicos hicieron grandes avances en la comprensión de las fuerzas invisibles, lo que ahora conocemos como microbios, que pueden causar infección, enfermedad y muerte.

El médico griego Hipócrates (460—370 a.C.) es considerado el “padre de la medicina occidental” (Figura\(\PageIndex{4a}\)). A diferencia de muchos de sus antepasados y contemporáneos, desestimó la idea de que la enfermedad era causada por fuerzas sobrenaturales. En cambio, postuló que las enfermedades tenían causas naturales desde dentro de los pacientes o sus entornos. Se cree que Hipócrates y sus herederos escribieron el Corpus Hipocrático, una colección de textos que conforman algunos de los libros médicos más antiguos que se conservan. ⁶ También a menudo se le atribuye a Hipócrates como el autor del Juramento Hipocrático, tomado por nuevos médicos para prometer su dedicación al diagnóstico y tratamiento de los pacientes sin causar daño.

Si bien Hipócrates es considerado el padre de la medicina occidental, el filósofo e historiador griego Tucídides (460—395 a.C.) es considerado el padre de la historia científica porque abogó por el análisis basado en la evidencia del razonamiento de causa y efecto (Figura\(\PageIndex{4b}\)). Entre sus aportes más importantes se encuentran sus observaciones respecto a la peste ateniense que mató a un tercio de la población de Atenas entre 430 y 410 a.C. Habiendo sobrevivido a la epidemia él mismo, Tucídides hizo la importante observación de que los sobrevivientes no se volvieron a infectar con la enfermedad, incluso al atender a personas activamente enfermas. ⁷ Esta observación muestra una comprensión temprana del concepto de inmunidad.

Marco Terentius Varro (116—27 a.C.) fue un prolífico escritor romano que fue una de las primeras personas en proponer el concepto de que las cosas que no podemos ver (lo que ahora llamamos microorganismos) pueden causar enfermedades (Figura\(\PageIndex{4c}\)). En Res Rusticae (On Farming), publicado en el 36 a.C., dijo que “también se deben tomar precauciones en los pantanos vecinales... porque ahí crecen ciertas criaturas diminutas [animalia minuta] que no se pueden ver a simple vista, que flotan en el aire y entran al cuerpo a través del boca y nariz y ahí causan enfermedades graves”. ⁸

La figura a es un dibujo de un busto de Hipócrates. La figura b es una foto de una escultura de la cabeza de Tucídides. La Figura c es una foto de una escultura de Marco Terencio Varro. — Figura\(\PageIndex{4}\): a) Hipócrates, el “padre de la medicina occidental”, creía que las enfermedades tenían causas naturales, no sobrenaturales. b) El historiador Tucídides observó que los sobrevivientes de la peste ateniense fueron posteriormente inmunes a la infección. (c) Marco Terentius Varro propuso que la enfermedad podría ser causada por “ciertas criaturas diminutas.. que no pueden ser vistas a simple vista”. (crédito c: modificación de obra de Alessandro Antonelli)

Ejercicio\(\PageIndex{2}\)

Dar dos ejemplos de alimentos que históricamente han sido producidos por humanos con la ayuda de microbios.
Explicar cómo los entendimientos históricos de la enfermedad contribuyeron a los intentos de tratar y contener la enfermedad.

El nacimiento de la microbiología

Si bien los antiguos pueden haber sospechado la existencia de “criaturas diminutas” invisibles, no fue sino hasta la invención del microscopio que su existencia se confirmó definitivamente. Si bien no está claro quién inventó exactamente el microscopio, un comerciante de telas holandés llamado Antonie van Leeuwenhoek (1632—1723) fue el primero en desarrollar una lente lo suficientemente potente como para ver los microbios. En 1675, usando un microscopio simple pero potente, Leeuwenhoek pudo observar organismos unicelulares, a los que describió como “animales” o “pequeñas bestias pequeñas”, nadando en una gota de agua de lluvia. Por sus dibujos de estos pequeños organismos, ahora sabemos que estaba mirando bacterias y protistas. (Exploraremos más a fondo las contribuciones de Leeuwenhoek a la microscopía en el Capítulo 2: Cómo vemos el mundo invisible).

Casi 200 años después de que van Leeuwenhoek obtuviera su primer atisbo de microbios, la “Edad de Oro de la Microbiología” generó una serie de nuevos descubrimientos entre 1857 y 1914. Dos famosos microbiólogos, Louis Pasteur y Robert Koch, fueron especialmente activos para avanzar en nuestra comprensión del mundo invisible de los microbios (Figura\(\PageIndex{5}\)). Pasteur, químico francés, demostró que las cepas microbianas individuales tenían propiedades únicas y demostró que la fermentación es causada por microorganismos. También inventó la pasteurización, un proceso utilizado para matar microorganismos responsables del deterioro, y desarrolló vacunas para el tratamiento de enfermedades, entre ellas la rabia, en animales y humanos. Koch, médico alemán, fue el primero en demostrar la conexión entre un solo microbio aislado y una enfermedad humana conocida. Por ejemplo, descubrió las bacterias que causan ántrax (Bacillus anthracis), cólera (Vibrio cholera) y tuberculosis (Mycobacterium tuberculosis). ⁹ Discutiremos a estos famosos microbiólogos, y otros, en capítulos posteriores.

La figura a es un dibujo de Louis Pasteur en su laboratorio. La figura b es una fotografía de Robert Koch. — Figura\(\PageIndex{5}\): a) A Louis Pasteur (1822—1895) se le atribuyen numerosas innovaciones que avanzaron en los campos de la microbiología y la inmunología. b) Robert Koch (1843—1910) identificó los microbios específicos que causan ántrax, cólera y tuberculosis.

A medida que la microbiología se ha desarrollado, ha permitido que la disciplina más amplia de la biología crezca y florezca de formas previamente inimaginadas. Gran parte de lo que sabemos sobre las células humanas proviene de nuestra comprensión de los microbios, y muchas de las herramientas que utilizamos hoy en día para estudiar las células y su genética derivan del trabajo con microbios.

Ejercicio\(\PageIndex{3}\)

¿Cómo cambió el descubrimiento de microbios la comprensión humana de la enfermedad?

Caja de herramientas de microbiología

Debido a que los microbios individuales son generalmente demasiado pequeños para ser vistos a simple vista, la ciencia de la microbiología depende de una tecnología que pueda potenciar artificialmente la capacidad de nuestros sentidos naturales de percepción. Los primeros microbiólogos como Pasteur y Koch tenían menos herramientas a su disposición que las que se encuentran en los laboratorios modernos, haciendo que sus descubrimientos e innovaciones fueran mucho más impresionantes. Capítulos posteriores de este texto explorarán en profundidad muchas aplicaciones de la tecnología, pero por ahora, aquí hay una breve descripción de algunas de las herramientas fundamentales del laboratorio de microbiología.

Los microscopios producen imágenes ampliadas de microorganismos, células y tejidos humanos, y muchos otros tipos de especímenes demasiado pequeños para ser observados a simple vista.
Las manchas y tintes se utilizan para agregar color a los microbios para que se puedan observar mejor bajo un microscopio. Algunos tintes se pueden usar sobre microbios vivos, mientras que otros requieren que los especímenes se fijen con químicos o calor antes de mancharse. Algunas manchas sólo funcionan en ciertos tipos de microbios debido a las diferencias en su composición química celular.
Los medios de crecimiento se utilizan para cultivar microorganismos en un entorno de laboratorio. Algunos medios son líquidos; otros son más sólidos o similares a un gel. Un medio de crecimiento proporciona nutrientes, incluyendo agua, diversas sales, una fuente de carbono (como la glucosa), y una fuente de nitrógeno y aminoácidos (como el extracto de levadura) para que los microorganismos puedan crecer y reproducirse. Los ingredientes en un medio de crecimiento se pueden modificar para cultivar tipos únicos de microorganismos.
Una placa de Petri es una placa de tapa plana que típicamente mide 10—11 centímetros (cm) de diámetro y 1—1.5 cm de alto. Se utilizan placas de Petri hechas de plástico o vidrio para contener los medios de crecimiento (Figura\(\PageIndex{6}\)).
Los tubos de ensayo son tubos cilíndricos de plástico o vidrio con fondo redondeado y partes superiores abiertas. Se pueden usar para cultivar microbios en caldo, o medios de crecimiento semisólidos o sólidos.
Un quemador Bunsen es un aparato metálico que crea una llama que puede ser utilizada para esterilizar piezas de equipo. Un tubo de goma lleva gas (combustible) al quemador. En muchos laboratorios, los quemadores Bunsen se están eliminando gradualmente a favor de los microincineradores infrarrojos, que sirven para un propósito similar sin los riesgos de seguridad de una llama abierta.
Un bucle de inoculación es una herramienta de mano que termina en un bucle de alambre pequeño (Figura\(\PageIndex{6}\)). El asa se puede utilizar para rayar microorganismos sobre agar en una placa de Petri o para transferirlos de un tubo de ensayo a otro. Antes de cada uso, el asa de inoculación debe esterilizarse para que los cultivos no se contaminen.

La figura a es una fotografía de un disco redondo rayado con líneas. Las líneas más gruesas van y vienen a lo largo de un área que abarca una quinta parte de la placa. El siguiente quinto de la placa también tiene líneas gruesas. El siguiente quinto de la placa tiene líneas más delgadas que están hechas de pequeños puntos. El quinto final de la paté sólo tiene puntos grandes. La figura b muestra una mano sujetando una varilla metálica que es el diámetro de una barra de pretzel; sobresaliendo de esta es un alambre grueso que se forma en un bucle en el extremo. — Figura\(\PageIndex{6}\): (a) Esta placa de Petri rellena de agar ha sido rayada con *Legionella*, la bacteria responsable de causar la enfermedad del Legionario. (b) Un asa de inoculación como este se puede utilizar para sembrar bacterias en agar en una placa de Petri. (crédito a: modificación del trabajo por parte de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades; crédito b: modificación de obra de Jeffrey M. Vinocur)

Conceptos clave y resumen

Los microorganismos (o microbios) son organismos vivos que generalmente son demasiado pequeños para ser vistos sin un microscopio.
A lo largo de la historia, los humanos han utilizado microbios para hacer alimentos fermentados como cerveza, pan, queso y vino.
Mucho antes de la invención del microscopio, algunas personas teorizaron que la infección y la enfermedad se propagaban por seres vivos que eran demasiado pequeños para ser vistos. También intuyeron correctamente ciertos principios respecto a la propagación de enfermedades e inmunidad.
Antonie van Leeuwenhoek, usando un microscopio, fue la primera en describir realmente las observaciones de bacterias, en 1675.
Durante la Edad de Oro de la Microbiología (1857—1914), los microbiólogos, entre ellos Louis Pasteur y Robert Koch, descubrieron muchas conexiones nuevas entre los campos de la microbiología y la medicina.

Notas al pie

1 Rebecca Buxton. “Examen de las Tinciones Gram del Líquido Espinal—Meningitis Bacteriana”. Sociedad Americana de Microbiología. 2007. www.microbelibrary.org/librar... ial-meningitis
2 P.E. McGovern et al. “Bebidas Fermentadas de la China Pre- y Proto-Histórica”. Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América 1 núm. 51 (2004) :17593—17598. doi:10.1073/pnas.0407921102.
3 A. Keller y col. “Nuevos conocimientos sobre el origen y fenotipo del hombre de hielo tirolés según lo inferido por la secuenciación del genoma completo”. Nature Comunicaciones, 3 (2012): 698. doi:10.1038/ncomms1701.
4 L. Capasso. “Hace 5300 Años, el Hombre de Hielo Usó Laxantes Naturales y Antibióticos”. La lanceta, 352 (1998) 9143:1864. doi: 10.1016/S0140-6736 (05) 79939-6.
5 L. Capasso, L. “Hace 5300 Años, el Hombre de Hielo Usó Laxantes Naturales y Antibióticos”. La lanceta, 352 núm. 9143 (1998): 1864. doi: 10.1016/S0140-6736 (05) 79939-6.
6 G. Pappas et al. “Perspectivas sobre las enfermedades infecciosas en la era de Hipócrates”. Revista Internacional de Enfermedades Infecciosas 12 (2008) 4:347 —350. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijid.2007.11.003.
7 Tucídides. La historia de la guerra del Peloponeso. El Segundo Libro. 431 a.C. Traducido por Richard Crawley. http://classics.mit.edu/Thucydides/p....2.second.html.
8 Plinio Prioreschi. Una historia de la medicina: la medicina romana. Lewiston, NY: Edwin Mellen Press, 1998: p. 215.
9 S.M. Blevins y M.S. Bronce. “Robert Koch y la 'edad de oro' de la bacteriología”. Revista Internacional de Enfermedades Infecciosas. 14 no. 9 (2010): e744-e751. doi:10.1016/j.ijid.2009.12.003.

Glosario

microbio: generalmente, un organismo que es demasiado pequeño para ser visto sin microscopio; también conocido como microorganismo

microorganismo: generalmente, un organismo que es demasiado pequeño para ser visto sin microscopio; también conocido como microbio