FISIOLOGIA BACTERIANA. CLASE INAUGURAL. “El papel en la naturaleza de lo infinitamente pequeño es infinitamente grande” “El azar favorece a la mente preparada” L. Pasteur “He llamado a este principio, por el cual cada pequeña variación, si útil, es preservada, con el término de Selección Natural”. C. Darwin En biología nada tiene sentido si no es a la luz de la evolución” T. Dobzhansky

Distribución aproximada de células procariotas sobre nuestro planeta Ubicación Suelo Entornos acuáticos Subsuelo oceánico Subsuelo terrestre

Número (1028) 26 12 355 125

% del total 5 2 69 24

La Fisiología Bacteriana es una rama de la Microbiología, que es la ciencia que estudia a los microorganismos Hitos en Microbiología 1) El cuestionamiento, y finalmente la refutación de las teorías de la generación espontánea (siglo XVI). El desarrollo del método científico; 2) El descubrimiento del mundo de los microbios (siglo XVII); 3) El rol de los microbios como transformadores químicos (siglo XIX); 4) El rol de los microbios como productores de enfermedades (siglo XIX); 5) La teoría de la evolución (siglo XIX); 6) El rol de los microbios como modelos de experimentación y desarrollo de los métodos de ADN recombinante (siglo XX). Eventos históricos documentados ~5000 años: Producción de bebidas alcohólicas por fermentación de cereales, miel, uva. Epidemias, plagas, pestes. Mesopotamia, India, Egipto, China: utilización de sustancias antisépticas y antimicrobianas en el tratamiento de heridas e infecciones (jabones, miel, hongos, sales de cobre). ~350 AC: Teoría aristotélica de la generación espontánea (aceptada hasta el siglo XV): Enfermedades como castigos divinos o desbalances (los 4 jinetes del Apocalipsis), ergo la higiene o prevención son innecesarias. Occidente: Teoría patología humoral (salud: balance sangre, flema, bilis amarilla y bilis oscura); Oriente: Yin-Yang (salud: armonía). Siglos XV-XVI: Renacimiento de las Artes y las Ciencias. Cambios políticos. Cuestionamiento de lo Antiguo. Mayor tolerancia. F. Bacon: el conocimiento es poder. Surgimiento de Sociedades Científicas como el Invisible College en Inglaterra (Newton, Boyle). Nulium in

verba: Desarrollo (o invención) del método científico. El conocimiento basado en la experiencia: Experientia magister est optimum. Cuestionamiento a las teorías de la generación espontánea 1665: Francesco Redi. Omne vivum ex ovo 1673: Descubrimiento del mundo microbiano, Anton Van Leeuwenhoek y sus “animáculos” Siglo XVIII: Re-definición de la teoría de generación espontánea. Guerra de las Infusiones. 1860: “Golpe final”. L. Pasteur-J. Tyndall: Los microbios derivan de otros microbios. El siglo XIX fue el Siglo de Oro de la Microbiología. Los microbios como agentes causantes de enfermedades y transformaciones químicas 1540: Girolamo Francastoro. Morbo gálico o itálico (sífilis) como enfermedad transmisible (seminaria contagium). 1715: Timoni y Pilarini (Univ. Padua): variolización (inmunización contra viruela). 1796: Jenner: vacunación con viruela de las vacas. Agente causal? 1844: I. Semmelweis. Mortalidad por fiebre puerperal en parturientas. Concepto de antisepsis e higiene. Agente causal? 1850: J. Lister, L. Tait (Inglaterra). Medidas de higiene en operaciones 1858. C. Darwin y A.R. Wallace presentan en la Sociedad Linneana de Londres el trabajo: “Sobre la tendencia de las especies a crear variedades, así como sobre la perpetuación de las variedades y de las especies por medio de la selección natural” 1959: C. Darwin publica su libro “El origen de las especies mediante la selección natural o la conservación de las razas favorecidas en la lucha por la vida” 1863-1868: C. Davaine observa “bacteridios” en sangre de enfermos de ántrax, y C. Eberth los aísla. Concepto de colonización. Agente causal? 1863: L. Pasteur estudia las "enfermedades del vino". Descubrimiento de la fermentación láctica y de las bacterias anaeróbicas (la vie sans l'air) como (ahora sabemos) Clostridium acetobutilicum que transforma la glucosa en ácido butírico dando lugar a “vinos grasos” de mal gusto. 1869: L. Pasteur identifica al protozoo Nosema bombycis como agente causal de la epidemia de pebrina que afecta al gusano de seda. 1875: F. Cohn descubre las “bacterias del hierro”, que obtienen su energía de oxidar Fe(II). 1877: Robert Koch identifica al Bacillus anthracis como agente causal del antrax (trabajo rechazado por la comunidad médica y publicado en una revista de Botánica gracias a F. Cohn). 1881: R. Koch: Identifica a la espora como forma diferenciada resistente del bacilo. 1888-1890: S. Winogradsky descubre las “bacterias del azufre” (Beggiatoa, Thiotrix) y la quimioautotrofía: bacterias que obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos (Fe(II), H2S, NH4+, NO2¯ ) y que además fijan CO2. La segunda mitad del siglo XIX y los principios del siglo XX son las décadas de oro de la Microbiología: Escuelas Alemana y Francesa. Desarrollo de los métodos modernos en microbiología (R. Koch, R. Petri, W. Hesse). Desarrollo de medios selectivos, enriquecidos y diferenciales (Beijerinck, Winogradsky, Würtz). Desarrollo de los métodos de coloración (C. Gram). Descubrimiento de los agentes causales de tuberculosis, cólera, difteria, tétanos, neumonía, meningitis, peste bubónica, sífilis, gonorrea, malaria, enfermedad del sueño, etc. Escuela de Delft: A.J. Kluyver, C.B. van Niel.

Escuela de California: R. Stanier, R. Hungate, M. Doudoroff. Escuela de Kostanz: N. Pfenning. Postulados de Koch 1) El agente causal sospechado de una enfermedad debe ser encontrado en cada caso de la misma, 2) El agente causal debe poder ser aislado del enfermo, y cultivado en estado puro, libre de otros organismos, 3) Luego de la inoculación a un animal de experimentación, el agente causal sospechado debe reproducir la enfermedad, 4) El agente causal debe ser aislado del animal experimentalmente infectado. Desarrollo de la inmunología 1880: Pasteur experimenta la vacunación con B. anthracis, cólera, virus de la rabia. 1890: E. Behring, S. Kitasato reportan la producción y utilización de suero de animales inmunes para el tratamiento del tetános (agente causal: Clostridium tetani). 1891: Behring reporta la "antitoxina diftérica" (agente causal: Corynebacterium diphteriae, "el carnicero de los inocentes”), la cual es producida masivamente en 1892. Recibe en 1901 el Nobel en Fisiología y Medicina. Desarrollo de la Quimioterapia y Antibioticoterapia 1874: W. Roberts (entre otros) describe propiedades antibacterianas de extractos de cultivos del hongo Penicillium glaucum 1910-1912: P. Ehrlich propone el concepto de las balas mágicas, hoy quimioterapia. Desarrolla los primeros agentes antisífilis: los organoarsenicales salvarsan y neosalvarsan (compuestos 606 y 914, por el número ensayado). "El éxito en ciencia se alcanza con paciencia, habilidad, dinero, y suerte". Nobel 1908 en Fisiología y Medicina. 1915-1927: Clodomiro Clorito Picado Twight, médico costarricense, estudia la acción inhibitoria de los hongos del género Penicillium sobre el crecimiento de estafilococos y estreptococos. Aparentemente reportó su descubrimiento a la Academia de Ciencias de París, pero no lo patentó. 1929: A. Fleming publica sus trabajos sobre la penicilina, producida por el hongo Penicillium notatum. 1935: Sulfonamidas: G. Domagk, trabajando para la compañía química L. Farbenindustrie, reporta el uso del Rojo de Prontosil para el tratamiento de septicemia estafilococcica y estreptococcica. Nobel 1939 en Fisiología y Medicina. 1935 J. y T. Tréfouël, en el Instituto Pasteur, demuestran que el prontosil se transforma en sulfonamida en el cuerpo, y en 1940 D. Woods demuestra que la sulfonamida es un inhibidor competitivo del PABA. (Nota: Ya en esta década se reporta resistencia bacteriana contra las sulfonamidas). 1940. H. Florey, E. Chain reportan el uso clínico de la penicilina en el tratamiento de la septicemia estafilococcica y estreptococcica. Junto con Fleming reciben el Nobel en Fisiología y Medicina en 1945. (Nota: El mismo año el grupo de Fleming reporta la presencia de enzimas bacterianas que inactivan a la penicilina).

1944: A. Schatz y S. Waksman descubren la estreptomicina, producida por Streptomyces griseus, un actinomiceto (bacteria Gram-positiva) aislado del suelo y lo utilizan para el tratamiento de Mycobacterium tuberculosis (TB, “La Gran Plaga Blanca”). El término “antibiótico” propuesto por Waksman es simplemente una definición de uso, un efecto de laboratorio y no la clase de compuesto o su función natural. Denota cualquier clase de molécula orgánica que inhibe o mata microbios interaccionando específicamente con blancos celulares microbianos. Así, compuestos naturales como totalmente sintéticos pueden ser definidos como antibióticos. (Nota: Durante el tratamiento a pacientes con TB aparecen cepas resistentes a estreptomicina). 1949. Dorothy Crowfoot Hodgkin determina la estructura de la penicilina mediante cristalografía de rayos X. 1950-1960: 96 antibióticos producidos por 57 especies de microbios, principalmente actinomicetos. 1960-a la fecha. Reportes crecientes de resistencia bacteriana a antibióticos

Efectos ecológicos de la producción masiva por el ser humano de antimicrobianos, su utilización para el tratamiento de enfermedades y suplemento alimenticio de animales de consumo, y su vertido al medio ambiente.

Desarrollo de la metodología del ADN recombinante 1928: F. Griffith descubre el "principio transformante" en el neumococo: La herencia puede aislarse físicamente de la célula 1944: O. Avery, C. McLeod, M. McCarty: el ADN es el principio transformante La herencia tiene bases químicas 1945: A. Hershey, S. Luria, M. Delbrück (Phage Group). Cold Spring Harbor. Nacimiento de la Biología Molecular. 1953: J. Watson, F. Crick: estructura del ADN La Doble Helice, el Dogma Central 1972: P. Berg produce ADN recombinante Genes individuales pueden “clonarse” en E. coli 1973: S. Cohen, H. Boyer: primera biblioteca de genes Podemos conservar TODO el genoma de un organismo en forma de clones separados formando una “Biblioteca” de genes 1983: J. Gusella: marcador genético de enfermedades Podemos asociar enfermedades genéticas a una región del ADN 1983: K. Mullis: reacción en cadena de la polimerasa (PCR) Podemos “amplificar” fragmentos particulares de ADN 1990: El Proyecto Genoma Humano (HuGO), estimado completar en 2005 Podemos conocer la secuencia completa de cualquier genoma 1995: Primer Genoma completo de una bacteria: Haemophilus influenzae (2 Mb) 1996: Primer Genoma completo de un microbio eucariota unicelular: Saccharomyces cerevisiae (12 Mb) 1998: Primer Genoma completo de un eucariote pluricelular: Caenorhabditis elegans (97 Mb) 2000: Genoma completo de la mosca de la fruta: Drosophila melanogaster (180 Mb) 2000: Secuencia completa de los cromosomas 21 y 22 humanos 2000: Secuencia completa del genoma de una planta: Arabidopsis thaliana (110 Mb) 2001: Secuencia completa de un genoma humano: Homo sapiens (3400 Mb) 2002: Secuencia completa del genoma de arroz; Oriza sativa (5000 Mb) 2005: >150 genomas procariotas completos 2010: Desarrollo de metodologías de secuenciación rápida de genomas. Metagenómica 2012: Genomas de animales: rata, perro, chimpancé, cerdo, pollo, etc. Genomas de plantas: Medicago truncatula, Populus trichocarpa, Zea mays, Solanum tuberosum, Solanum lycopersicum, Glycine max, Lotus japonicus, etc. 2015: >> 1000 genomas procariotas completos. 2016: seguimos…