1.2: Un enfoque sistemático
- Page ID
- 54526
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Objectivos de aprendizaje
- Describir cómo se clasifican y distinguen los microorganismos como especies únicas
- Comparar los sistemas históricos y actuales de taxonomía utilizados para clasificar microorganismos
Una vez que los microbios se hicieron visibles para los humanos con la ayuda de microscopios, los científicos comenzaron a darse cuenta de su enorme diversidad. Los microorganismos varían en todo tipo de formas, incluyendo su tamaño, su apariencia y sus tasas de reproducción. Para estudiar esta nueva gama increíblemente diversa de organismos, los investigadores necesitaban una forma de organizarlos sistemáticamente.
La ciencia de la taxonomía
La taxonomía es la clasificación, descripción, identificación y denominación de organismos vivos. La clasificación es la práctica de organizar organismos en diferentes grupos en función de sus características compartidas. El taxonomista temprano más famoso fue un botánico, zoólogo y médico sueco llamado Carolus Linnaeus (1701—1778). En 1735, Linneo publicó Systema Naturae, un folleto de 11 páginas en el que proponía la taxonomía linnaea, un sistema de categorización y denominación de organismos utilizando un formato estándar para que los científicos pudieran discutir organismos usando terminología consistente. Continuó revisando y agregando al libro, que creció hasta convertirse en múltiples volúmenes (Figura\(\PageIndex{1}\)).
En su taxonomía, Linneo dividió el mundo natural en tres reinos: animal, vegetal y mineral (el reino mineral fue posteriormente abandonado). Dentro de los reinos animal y vegetal, agrupó organismos utilizando una jerarquía de niveles y subniveles cada vez más específicos en función de sus similitudes. Los nombres de los niveles en la taxonomía original de Linneo fueron reino, clase, orden, familia, género (plural: géneros) y especies. La especie fue, y sigue siendo, la unidad taxonómica más específica y básica.
Árboles evolutivos de la vida (filogenias)
Con los avances en la tecnología, otros científicos gradualmente hicieron refinamientos en el sistema linneo y finalmente crearon nuevos sistemas para clasificar organismos. En el siglo XIX, hubo un creciente interés en desarrollar taxonomías que tomaran en cuenta las relaciones evolutivas, o filogenias, de todas las diferentes especies de organismos en la tierra. Una forma de representar estas relaciones es a través de un diagrama llamado árbol filogenético (o árbol de la vida). En estos diagramas, los grupos de organismos están ordenados por lo estrechamente relacionados que se cree que están. En los árboles filogenéticos tempranos, la relación de los organismos fue inferida por sus similitudes visibles, como la presencia o ausencia de pelo o el número de extremidades. Ahora, el análisis es más complicado. Hoy en día, los análisis filogénicos incluyen comparaciones genéticas, bioquímicas y embriológicas, como se discutirá más adelante en este capítulo.
El árbol de la vida de Linneo contenía solo dos ramas principales para todos los seres vivos: los reinos animal y vegetal. En 1866, Ernst Haeckel, biólogo, filósofo y médico alemán, propuso otro reino, Protista, para los organismos unicelulares (Figura\(\PageIndex{2}\)). Posteriormente propuso un cuarto reino, Monera, para organismos unicelulares cuyas células carecen de núcleos, como bacterias.
Casi 100 años después, en 1969, el ecologista estadounidense Robert Whittaker (1920—1980) propuso agregar otro reino —el hongo— en su árbol de la vida. El árbol de Whittaker también contenía un nivel de categorización por encima del nivel del reino —el nivel imperio o superreino— para distinguir entre organismos que tienen núcleos unidos a la membrana en sus células (eucariotas) y aquellos que no (procariotas). Empire Prokaryota solo contenía la Monera del Reino. El Imperio Eucariontes contenía los otros cuatro reinos: Hongos, Protista, Plantae y Animalia. El árbol de cinco reinos de Whittaker fue considerado la filogenia estándar durante muchos años.
La figura\(\PageIndex{3}\) muestra cómo el árbol de la vida ha cambiado con el tiempo. Tenga en cuenta que los virus no se encuentran en ninguno de estos árboles. Eso se debe a que no están conformadas por células y por lo tanto es difícil determinar dónde encajarían en un árbol de la vida.
Ejercicio\(\PageIndex{1}\)
Resumir brevemente cómo nuestra comprensión evolutiva de los microorganismos ha contribuido a cambios en la forma en que se clasifican los organismos.
Enfoque Clínico: Parte 2
Los antibióticos están diseñados específicamente para matar o inhibir el crecimiento de bacterias. Pero después de un par de días tomando antibióticos, Cora no muestra signos de mejoría. Además, sus cultivos de LCR volvieron del negativo de laboratorio. Dado que no se aislaron bacterias u hongos de la muestra de LCR de Cora, su médico descarta meningitis bacteriana y fúngica. La meningitis viral sigue siendo una posibilidad.
Sin embargo, Cora ahora reporta algunos nuevos síntomas preocupantes. Ella está empezando a tener dificultad para caminar. Su rigidez muscular se ha extendido desde su cuello hasta el resto de su cuerpo, y sus extremidades a veces se masturban involuntariamente. Además, los síntomas cognitivos de Cora están empeorando. En este punto, el médico de Cora se preocupa mucho y ordena más pruebas en las muestras de LCR.
Ejercicio\(\PageIndex{2}\)
¿Qué tipos de microorganismos podrían estar causando los síntomas de Cora?
El papel de la genética en la taxonomía moderna
Los árboles de Haeckel y Whittaker presentaron hipótesis sobre la filogenia de diferentes organismos basados en características fácilmente observables. Pero el advenimiento de la genética molecular a finales del siglo XX reveló otras formas de organizar los árboles filogenéticos. Los métodos genéticos permiten una manera estandarizada de comparar todos los organismos vivos sin depender de características observables que a menudo pueden ser subjetivas. La taxonomía moderna se basa en gran medida en comparar los ácidos nucleicos (ácido desoxirribonucleico [ADN] o ácido ribonucleico [ARN]) o proteínas de diferentes organismos. Cuanto más similares son los ácidos nucleicos y las proteínas entre dos organismos, más estrechamente relacionados se consideran que están.
En la década de 1970, el microbiólogo estadounidense Carl Woese descubrió lo que parecía ser un “registro vivo” de la evolución de los organismos. Él y su colaborador George Fox crearon un árbol de la vida basado en la genética a partir de similitudes y diferencias que observaron en la pequeña subunidad de ARN ribosómico (ARNr) de diferentes organismos. En el proceso, descubrieron que cierto tipo de bacterias, llamadas arquebacterias (ahora conocidas simplemente como arqueas), eran significativamente diferentes de otras bacterias y eucariotas en términos de la secuencia del ARNr de subunidad pequeña. Para acomodar esta diferencia, crearon un árbol con tres Dominios por encima del nivel del Reino: Archaea, Bacteria y Eukarya (Figura\(\PageIndex{4}\)). El análisis genético del ARNr de subunidad pequeña sugiere que arqueas, bacterias y eucariotas evolucionaron a partir de un tipo de célula ancestral común. El árbol está sesgado para mostrar una relación evolutiva más cercana entre Archaea y Eukarya de lo que tienen con Bacterias.
Ejercicio\(\PageIndex{3}\)
- En la taxonomía moderna, ¿cómo determinan los científicos qué tan cerca se relacionan dos organismos?
- Explique por qué las ramas del “árbol de la vida” proceden todas de un solo “tronco”.
Nombrar microbios
Al desarrollar su taxonomía, Linneo utilizó un sistema de nomenclatura binomial, un sistema de nomenclatura de dos palabras para identificar organismos por género y especie. Por ejemplo, los humanos modernos están en el género Homo y tienen el nombre de especie sapiens, por lo que su nombre científico en la nomenclatura binomial es Homo sapiens. En la nomenclatura binomial, la parte del género del nombre siempre está en mayúscula; le sigue el nombre de la especie, que no está en mayúscula. Ambos nombres están en cursiva.
Los nombres taxonómicos en los siglos XVIII al XX se derivaban típicamente del latín, ya que ese era el lenguaje común utilizado por los científicos cuando se crearon los sistemas taxonómicos por primera vez. Hoy en día, los organismos recién descubiertos pueden recibir nombres derivados del latín, griego o inglés. En ocasiones estos nombres reflejan algún rasgo distintivo del organismo; en otros casos, los microorganismos llevan el nombre de los científicos que los descubrieron. El arqueón Haloquadratum walsbyi es un ejemplo de ambos esquemas de nomenclatura. El género, Haloquadratum, describe el hábitat de agua salada del microorganismo (halo se deriva de la palabra griega para “sal”) así como la disposición de sus células cuadradas, las cuales están dispuestas en racimos cuadrados de cuatro células (quadratum es latín para “foursquare”). La especie, walsbyi, lleva el nombre de Anthony Edward Walsby, el microbiólogo que descubrió Haloquadratum walsbyi en 1980. Si bien puede parecer más fácil darle a un organismo un nombre descriptivo común, como un pájaro carpintero pelirrojo, podemos imaginar cómo eso podría volverse problemático. ¿Qué sucede cuando se descubre otra especie de pájaro carpintero con coloración de cabeza roja? La nomenclatura sistemática que utilizan los científicos elimina este problema potencial al asignar a cada organismo un nombre único y único de dos palabras que es reconocido por científicos de todo el mundo.
En este texto, normalmente abreviaremos el género y especie de un organismo después de su primera mención. La forma abreviada es simplemente la primera inicial del género, seguida de un punto y el nombre completo de la especie. Por ejemplo, la bacteria Escherichia coli se acorta a E. coli en su forma abreviada. También encontrarás esta misma convención en otros textos científicos.
Manuales de Bergey
Ya sea en un árbol o en una red, los microbios pueden ser difíciles de identificar y clasificar. Sin características macroscópicas fácilmente observables como plumas, pies o pelaje, los científicos deben capturar, crecer e idear formas de estudiar sus propiedades bioquímicas para diferenciar y clasificar los microbios. A pesar de estos obstáculos, un grupo de microbiólogos creó y actualizó un conjunto de manuales para identificar y clasificar microorganismos. Publicado por primera vez en 1923 y desde que se actualizaron muchas veces, el Manual de Bacteriología Determinativa de Bergey y el Manual de Bacteriología Sistemática de Bergey son las referencias estándar para identificar y clasificar diferentes procariotas. (El apéndice D de este libro de texto se basa en parte en los manuales de Bergey; muestra cómo se clasifican los organismos que aparecen en este libro de texto). Debido a que tantas bacterias se ven idénticas, se deben utilizar métodos basados en características no visuales para identificarlas. Por ejemplo, se pueden utilizar pruebas bioquímicas para identificar sustancias químicas exclusivas de ciertas especies. Asimismo, se pueden utilizar pruebas serológicas para identificar anticuerpos específicos que reaccionarán contra las proteínas que se encuentran en ciertas especies. En última instancia, la secuenciación de ADN y ARNr puede usarse tanto para identificar una especie bacteriana particular como para clasificar especies recién descubiertas.
Ejercicio\(\PageIndex{4}\)
- ¿Qué es la nomenclatura binomial y por qué es una herramienta útil para nombrar organismos?
- Explique por qué un recurso como uno de los manuales de Bergey sería útil para identificar un microorganismo en una muestra.
Mismo nombre, diferente cepa
Dentro de una especie de microorganismo, puede haber varios subtipos llamados cepas. Si bien diferentes cepas pueden ser casi idénticas genéticamente, pueden tener atributos muy diferentes. La bacteria Escherichia coli es infame por causar intoxicación alimentaria y diarrea del viajero. Sin embargo, en realidad hay muchas cepas diferentes de E. coli, y varían en su capacidad para causar enfermedades.
Una cepa de E. coli patógena (causante de enfermedad) de la que quizás hayas oído hablar es E. coli O157:H7. En humanos, la infección por E. coli O157:H7 puede ocasionar calambres abdominales y diarrea. La infección generalmente se origina en agua o alimentos contaminados, particularmente verduras crudas y carne poco cocida. En la década de 1990, hubo varios brotes grandes de E. coli O157:H7 que se cree que se originaron en hamburguesas poco cocidas.
Mientras que E. coli O157:H7 y algunas otras cepas le han dado mal nombre a E. coli, la mayoría de las cepas de E. coli no causan enfermedad. De hecho, algunos pueden ser útiles. Las diferentes cepas de E. coli que se encuentran naturalmente en nuestro intestino nos ayudan a digerir nuestros alimentos, nos proporcionan algunos químicos necesarios y luchan contra los microbios patógenos.
Resumen
- Carolus Linnaeus desarrolló un sistema taxonómico para categorizar organismos en grupos relacionados.
- Nomenclatura binomial asigna organismos nombres científicos latinizados con una designación de género y especie.
- Un árbol filogenético es una manera de mostrar cómo se piensa que diferentes organismos están relacionados entre sí desde un punto de vista evolutivo.
- El primer árbol filogenético contenía reinos para plantas y animales; Ernst Haeckel propuso agregar un reino para protistas.
- El árbol de Robert Whittaker contenía cinco reinos: Animalia, Plantae, Protista, Fungi y Monera.
- Carl Woese utilizó ARN ribosómico de subunidad pequeña para crear un árbol filogenético que agrupa a los organismos en tres dominios en función de su similitud genética.
- Los manuales de bacteriología determinativa y sistémica de Bergey son las referencias estándar para identificar y clasificar bacterias, respectivamente.
- Las bacterias se pueden identificar a través de pruebas bioquímicas, análisis de ADN/ARN y métodos de prueba serológica.
Glosario
- Nomenclatura binomial
- una convención universal para la denominación científica de organismos utilizando nombres latinizados para géneros y especies
- eucariota
- un organismo compuesto por una o más células que contienen un núcleo unido a la membrana y orgánulos
- filogenia
- la historia evolutiva de un grupo de organismos
- procariota
- un organismo cuya estructura celular no incluye un núcleo unido a membrana
- taxonomía
- la clasificación, descripción, identificación y denominación de organismos vivos