Los microbios,amigos o enemigos?

227

D O R A E . J O R G E

B I O L O G A

L AC I E N C I A

P A R AT O D O S

LOS MICROBIOS,AMIGOS O ENEMIGOS?

Comit de seleccin de obras

Dr. Antonio AlonsoDr. Francisco Bolvar ZapataDr. Javier BrachoDr. Juan Luis CifuentesDra. Rosalinda ContrerasDra. Julieta FierroDr. Jorge Flores ValdsDr. Juan Ramn de la FuenteDr. Leopoldo Garca-Coln SchererDr. Adolfo Guzmn ArenasDr. Gonzalo HalffterDr. Jaime MartuscelliDra. Isaura MezaDr. Jos Luis Morn LpezDr. Hctor Nava JaimesDr. Manuel PeimbertDr. Jos Antonio de la PeaDr. Ruy Prez TamayoDr. Julio Rubio OcaDr. Jos SarukhnDr. Guillermo SobernDr. Elas Trabulse

La Cienciapara Todos

Desde el nacimiento de la coleccin de divulgacin cient ca del Fondo de Cultura Econmica en 1986, sta ha mantenido un ritmo siempre ascendente que ha superado las aspiraciones de las personas e instituciones que la hicieron posible. Los cient cos siempre han aportado material, con lo que han sumado a su trabajo la incursin en un campo nuevo: escribir de modo que los temas ms complejos y casi siempre inaccesibles puedan ser entendidos por los estudiantes y los lectores sin formacin cient ca.

A los diez aos de este fructfero trabajo se dio un paso adelante, que consisti en abrir la coleccin a los creadores de la ciencia que se piensa y crea en todos los mbitos de la lengua espaola y ahora tambin del portugus, razn por la cual tom el nombre de La Ciencia para Todos.

Del Ro Bravo al Cabo de Hornos y, a travs del mar ocano, a la Pennsula Ibrica, est en marcha un ejrcito integrado por un vasto nmero de investigadores, cient cos y tcnicos, que extienden sus actividades por todos los campos de la ciencia moderna, la cual se encuentra en plena revolucin y continuamente va cambiando de forma de pensar y observar cuanto nos rodea.

La internacionalizacin de La Ciencia para Todos no es slo en extensin sino en profundidad. Es necesario pensar una ciencia en nuestros idiomas que, de acuerdo con nuestra tradicin huma-nista, crezca sin olvidar al hombre, que es, en ltima instancia, su n. Y, en consecuencia, su propsito principal es poner el pensa-miento cient co en manos de nuestros jvenes, quienes, al llegar su turno, crearn una ciencia que, sin desdear a ninguna otra, lleve la impronta de nuestros pueblos.

Dora E. Jorge

LOS MICROBIOS,AMIGOS

O ENEMIGOS?

laciencia/227

para todos

Primera edicin, 2009Primera edicin electrnica, 2010

Jorge, Dora E.Los microbios, amigos o enemigos? / Dora E. Jorge. Mxico : FCE, SEP,

CONACyT, 2009140 pp. ; 21 14 cm (Colec. La Ciencia para Todos ; 227)Texto para nivel medio y medio superiorISBN 978-607-16-0150-6

1. Microbios 2. Bacteriologa 3. Biologa 4. Divulgacin cientfica I. Ser. II. t.

LC QR41 Dewey 508.2 C569 V.227

Distribucin mundial

D. R. 2009, Fondo de Cultura EconmicaCarretera Picacho-Ajusco, 227; 14738 Mxico, D. F.www.fondodeculturaeconomica.comEmpresa certifi cada ISO 9001:2008

Comentarios: laciencia@fondodeculturaeconomica.comTel. (55) 5227-4672 Fax (55) 5227-4694

La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Econmica, al que pertenecen tambin sus derechos. Se publica con los auspicios de la Secretara de Educacin Pblica y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa.

Se prohbe la reproduccin total o parcial de esta obra, sea cual fuere el medio. Todos los conte-nidos que se incluyen tales como caractersticas tipogrfi cas y de diagramacin, textos, grfi cos, logotipos, iconos, imgenes, etc. son propiedad exclusiva del Fondo de Cultura Econmica y estn protegidos por las leyes mexicana e internacionales del copyright o derecho de autor.

ISBN 978-607-16-0358-6 (electrnica)978-607-16-0150-6 (impresa)

Hecho en Mxico - Made in Mexico

9NDICE

Prlogo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

I. La microbiologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 El descubrimiento de lo invisible . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Los microorganismos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Nace una ciencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Enfermedades de los vinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Microbios y enfermedades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 El seor de los mosquitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

II. Los virus y otras partculas infecciosas . . . . . . . . . . . . . 34 Los virus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Enfermedades causadas por virus . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Vacunas e inmunidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Sustancias qumicas para curar . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 El mal de las vacas locas y los priones . . . . . . . . . . . 46 Efectos de los priones en el encfalo humano . . . . . . . 49 Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

III. La qumica de la vida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Compuestos inorgnicos y orgnicos . . . . . . . . . . . . . 51

10

Las molculas de la clula viva . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 La variedad de molculas de los seres vivos . . . . . . . . 54 El ADN, molcula de la herencia . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Vida y energa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

IV. Clulas, herencia y microorganismos . . . . . . . . . . . . . . . 61 La teora celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 El ser vivo ms conocido de todos . . . . . . . . . . . . . . . . 65 La clula es la unidad ms pequea de vida . . . . . . . . 66 Existen dos tipos de clulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 La gentica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Gregor Mendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 El cuadro de Punnett . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 No hubo gloria para Mendel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 La mosca de las frutas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

V. La historia del ADN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 La herencia en la clula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 La teora cromosmica de la herencia . . . . . . . . . . . . . 79 La herencia, protenas o ADN? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 La transformacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 El experimento de la batidora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 El virus del mosaico del tabaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Los genes dirigen la sntesis de protenas . . . . . . . . . . 92 El cdigo gentico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Molculas y evolucin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

VI. Ms all de la imaginacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 La biotecnologa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Qu es la biotecnologa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Los plsmidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

11

Genes de otros organismos funcionan en las bacterias 102 El regreso a los genes ancestrales de la papa . . . . . . . . 103 Plantas de papa que atrapan insectos . . . . . . . . . . . . . 105 Araas para la industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 Alcohol en lugar de gasolina para los automviles . . 108 Secuencias de molculas y computadoras . . . . . . . . . 109 Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

VII. Los microbios y el origen de la vida . . . . . . . . . . . . . . . 111 El Big Bang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Nacen los planetas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 La sopa primitiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Las clulas primitivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Bacterias formadoras de depsitos minerales . . . . . . 119 El cambio en la atmsfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Intercambio gentico en las bacterias . . . . . . . . . . . . 121 Unos cambios provocaron otros . . . . . . . . . . . . . . . . 122 La diversidad de los seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Los seis reinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Bibliografa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

Eplogo: Son amigos o enemigos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

13

PRLOGO

El conocimiento de la historia de la ciencia nos permite com-prender la estrecha relacin que guarda la biologa con las de-ms ciencias que utilizan instrumentos, que ha hecho posible mejorar la calidad de observacin, como el telescopio espacial Hubble, el uso de espectroscopios con los que se puede deter-minar la composicin qumica de los cuerpos en el espacio, microscopios cada vez ms potentes; as como el uso de apara-tos que nos permiten conocer con mucha precisin la edad de las rocas ms antiguas y los fsiles que contienen.

Galileo Galilei, uno de los fundadores del mtodo experi-mental y constructor del primer telescopio astronmico; An-ton van Leeuwenhoek y su contemporneo Robert Hooke, fa-bricaron microscopios, con los que se comprob la existencia de seres que en su tiempo se les llam animlculos y de pe-queas estructuras que fueron denominadas celdas, todos ellos nos permitieron ver al mundo de una manera diferente.

Es muy importante saber que cuando se conoci la existen-cia de los microbios, alguien se cuestionara su origen y proce-diera a trabajar con infusiones de heno en frascos hermticos, logr concluir que los organismos microscpicos no surgan de manera espontnea, sino que el aire nuevo, al penetrar en el frasco, haca surgir la vida en su interior. Alguien ya haba de-

14

mostrado que la vida procede de la vida, al utilizar en sus expe-rimentos moscas y ratones.

Un importante grupo de investigadores elabora la teora celular. Un fraile del monasterio de Brno, en la Repblica Che-ca, des arroll los principios bsicos de la herencia, casi al mis-mo tiempo que se desarrolla la teora de la seleccin natural.

En el campo de la microbiologa un qumico demuestra la falsedad de la generacin espontnea, un mdico descubre las causas de la infeccin en las heridas, otro aisl el bacilo de la tuberculosis y es autor de los postulados que se aplican actual-mente en los laboratorios clnicos y uno ms investig la ebre amarilla y elabor las normas de higiene del ambiente.

En el campo de la gentica, la teora cromosmica de la he-rencia con rma las leyes de Mendel y sientan las bases de la gentica moderna, que conducen a la deduccin de la estructu-ra de la molcula de cido desoxirribonucleico (ADN), a partir del trabajo conjunto de fsicos, qumicos y bilogos.

El conocimiento de la teora de la gran explosin y la deter-minacin del tiempo de formacin de la Tierra, los estudios que demostraron cmo se formaron las primeras molculas orgnicas y el surgimiento de los primeros organismos, la apa-ricin de la fotosntesis y el cambio de la atmsfera reductora a oxidante y el desarrollo de la teora endosimbitica, que nos explica el paso de los organismos simples, procariticos a los ms complejos, eucariticos.

La doctora Dora Elina Jorge relata paso a paso y de manera amena, la historia de la microbiologa, que inicia con el primer ser humano que pudo ver los microbios, hasta los hombres que han sido capaces de modi car para su provecho a los dems seres vivos mediante la biotecnologa. Su gran capacidad de co-municacin facilita al lector la comprensin del tema y sin duda forma en l una actitud en pro de la ciencia y en particu-lar de la biologa.

Biol. Mario Gmez GarcaUniversidad Autnoma de Nuevo Len

15

INTRODUCCIN

Nos rodea un universo apasionante e invisible a nuestra mi-rada: el mundo de los microorganismos. Un mundo asom-broso porque los microbios son seres diminutos y extraordi-narios que han permanecido ocultos desde hace ms de tres mil quinientos millones de aos. Durante todo ese tiempo y mediante su metabolismo silencioso, hicieron de la Tierra el lugar ideal para el desarrollo de la vida en todas sus manifes-taciones.

Existen microorganismos en todos y cada uno de los luga-res de nuestro planeta, desde el fondo de los mares ms pro-fundos donde no llega la luz del Sol ni existe el oxgeno gaseo-so, hasta nuestro propio cuerpo. Ellos pueden nutrirse de cualquier producto orgnico e inorgnico, realizan la fotosn-tesis y pueden vivir en condiciones extremas.

Los microbios pueden enfermarnos gravemente pero tam-bin nos protegen y brindan la posibilidad de sintetizar mlti-ples productos para la industria.

ste es un libro escrito especialmente para los jvenes, no obstante puede leerlo cualquier persona que est interesada en conocer ms sobre el papel de los microbios en el origen de la vida as como en comprender el desarrollo e integracin de

16

la microbiologa, la bioqumica, la gentica y su relacin con la moderna biotecnologa.

El mundo microbiano guarda an muchos secretos. Si la lectura de este libro motiva a algn joven a investigarlos, ser nuestra mayor satisfaccin.

17

I. La microbiologa

El descubrimiento de lo invisible

Los microbios permanecieron mucho tiempo ocultos ante la mirada del hombre. Los primeros indicios de su presencia des-pertaron asombro e incredulidad. Ms tarde, cuando se cono-ci que muchos de ellos eran la causa de enfermedades en los seres humanos, los animales y las plantas, los microorganismos adquirieron fama de seres peligrosos, temibles y dainos.

Los lsofos de la antigua Roma y tambin los rabes ha-ban hablado ya acerca de la existencia de formas de vida invisi-bles y algunos, adems, se atrevieron a a rmar que los grmenes del contagio causaban enfermedades al pasar de una persona a otra. Durante siglos los sabios sostuvieron grandes controver-sias sobre el tema.

Lo cierto era que, aunque se vislumbraba la existencia de esos seres diminutos, nadie haba podido comprobarla porque los microbios no son visibles a simple vista.

Muchos aos despus de haberse sospechado su existen-cia, la invencin de poderosos instrumentos pticos, los mi-croscopios, permiti ver los objetos invisibles a simple vista; entre ellos estaban los minsculos seres vivos cuya existencia haban previsto los antiguos pensadores. El uso del microsco-pio permiti demostrar la existencia en casi todas partes de organismos vivos diminutos. Estaban presentes en los lugares

18

ms insospechados: muestras de agua, tierra, plantas o ani-males vivos.

Un holands a cionado al arte de pulir lentes, Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) fue el primer hombre que observ los microbios. En la dcada de 1670, mientras descansaba de su trabajo como comerciante, este art ce construy diminutas len-tes biconvexas montadas sobre lminas de cobre y plata que sos-tena cerca del ojo. Para ver los objetos, los colocaba sobre la ca-beza de un al ler y los miraba a travs de los lentes. De esta manera pudo descubrir la presencia de glbulos rojos en la san-gre y cmo sta circula en la oreja de un conejo y en la pata de una rana. Tambin observ con su microscopio simple, en el agua de un estanque, bacterias y otros organismos formados por una sola clula. Pudo observar y dibujar adems los espermato-zoides de los seres humanos y de los insectos. Ms tarde descri-bi las tres formas distintas de las bacterias: bacilos, cocos y espi-rilos ( guras i.1, i.2 y i.3). Este art ce envi sus dibujos a la Real Sociedad de Londres, formada por cient cos prestigiosos de la

Figura i.1. Bacterias de forma alargada (bacilos):a) bacilo, b) diplobacilo.

a

b

Figura i.2. Bacterias de forma redondeada (cocos):

a) coco, b) diplococo.

Figura i.3. Bacterias alargadas y exibles (espirilos).

b

a

20

poca en una serie de cartas desde 1676 hasta su muerte en 1723. Como compensacin fue elegido miembro de dicha sociedad.

Leeuwenhoek construy lentes prcticamente perfectos y mantuvo en secreto su arte, por eso no fue posible volver a ob-servar bacterias hasta la invencin del microscopio compuesto dos siglos despus (Frobisher, 1968).

Por esa misma poca, en 1665, un ingls llamado Robert Hooke observ en un microscopio diseado por l, cortes nos de corcho y describi multitud de cajitas a las cuales nombr clulas por su parecido con las celdas donde viven los mon-jes. Hooke a rm que en el corcho las clulas estn vacas pero en los rboles vivos y otras plantas, esas clulas estn llenas de jugos (Audesirk, 2003).

Los microorganismos

Hoy sabemos que los microbios o microorganismos forman un grupo muy amplio, compuesto por varios tipos distintos de se-

Figura i.4. Microscopio usado por Robert Hooke.

21

res vivos; ellos tienen en comn una cualidad muy importante: la de ser pequeos, por lo general, menores de un milmetro.

Su tamao se mide en micrmetros. Un micrmetro es la millonsima parte de un metro. Es por eso que estos seres no se ven a simple vista. La palabra microorganismo signi ca orga-nismo microscpico.

Este grupo de seres vivos, cuya propiedad comn es la de ser muy pequeos e invisibles sin la ayuda de instrumentos pticos, en realidad est formado por varios tipos diferentes entre s, tan to en su forma como en las funciones que realizan en la natu-raleza.

Son microbios las levaduras, como las que producen la fer-mentacin del pan y la cerveza. Tambin las bacterias son mi-crobios. Muchas de ellas son conocidas por las enfermedades que provocan y otras porque habitan en nuestro propio cuerpo sin causar dao, como es el caso del bacilo intestinal cuyo nom-bre cient co es Escherichia coli y es en nuestros das la clave de la gentica moderna (Bregere, 1982).

El moho del pan es tambin un microbio; este hongo la-mentoso puede observarse sobre el pan cuando se deja en luga-res hmedos.

Figura i.5. Los hongos de sombrerillo pueden encontrarseen lugares hmedos y sombros.

22

Tambin son muy conocidos los llamados hongos de som-brerillo, muchos de ellos comestibles como los championes, aunque tambin existen especies venenosas.

Ms adelante veremos que los virus, como el de la gripe y el de la rabia, aunque pequesimos no forman clulas, por eso se diferencian del resto de los microbios.

Todos estos tipos de seres vivos diminutos se pueden estu-diar en el laboratorio mediante mtodos relativamente senci-llos; los microorganismos se cultivan en medios especiales para su crecimiento, que pueden ser lquidos y slidos y contienen los nutrimentos necesarios. El cultivo se realiza en una incuba-dora que mantiene la temperatura y humedad requeridas, con-diciones stas necesarias para su crecimiento.

Los microorganismos pueden observarse con gran detalle mediante los distintos tipos de microscopios; las tcnicas dispo-nibles permiten verlos vivos, apreciar sus movimientos si los po-seen, o jarlos y teirlos. Esto ltimo permite determinar, entre otras cosas, su forma, tamao y modo de agruparse. Tambin es posible estudiar sus estructuras mediante las tcnicas de micros-copia electrnica, que revelan datos de gran inters. Resulta im-portante para estudiar un microorganismo conocer su compor-tamiento siolgico, las reacciones bioqumicas que lleva a cabo, los mecanismos de reproduccin, las caractersticas hereditarias y el modo en que stas se intercambian.

Nace una ciencia

La microbiologa es una rama de la biologa y tuvo su origen en las investigaciones realizadas por un grupo de cient cos a par-tir de la segunda mitad del siglo xix. En esa poca se desarro-llaron con gran fuerza mtodos de trabajo nuevos, que permi-tieron explorar con xito el mundo hasta entonces invisible. Muchos de estos mtodos se aplican todava por los resultados valiosos que aportan.

23

Un qumico francs llamado Luis Pasteur fue el iniciador de la microbiologa y uno de los grandes cient cos que dieron vida a esta ciencia. Luis Pasteur se reconoce como el padre de la microbiologa. Una de las investigaciones de Pasteur, quizs la ms importante, fue la demostracin de la falsedad de la teo-ra de la generacin espontnea.

Durante siglos, la idea de que los seres vivos podan surgir de una manera espontnea a partir de la materia no viva fue aceptada casi unnimemente. Segn los defensores de la teora de la generacin espontnea, la materia viva se formaba a par-tir de la materia inanimada. De esta manera trataban de expli-car cmo aparecan las moscas y ratones en los basureros, y los gusanos en la carne podrida. Tan fuerte lleg a ser esta creencia que en la Edad Media se ofrecan frmulas para obtener piojos y otros animales a partir de ropas sudadas. Estos manuscritos se conservan como piezas de museo porque hoy se sabe que en las condiciones actuales del planeta Tierra slo pueden nacer seres vivos a partir de otros semejantes.

Antes de Pasteur ya los cient cos haban logrado demos-trar que los animales visibles como las moscas y los ratones no se forman de modo espontneo. Investigadores como Redi y Spallanzani dedicaron aos de trabajo a comprobar la veraci-dad de estas ideas. Francesco Redi (1626-1697) fue un si logo italiano que trabaj durante la segunda mitad del siglo xvii y demostr que los gusanos que aparecen en la carne descom-puesta son en realidad larvas de moscas cuyos huevos fueron depositados con anterioridad por ese insecto. Si se cubre la car-ne con gasa para evitar que las moscas depositen all sus hue-vos, la carne se descompone, pero no aparecen larvas ni mos-cas. Esta demostracin permiti a Redi a rmar que la vida procede de la vida. Sin embargo, sus trabajos permanecieron largos aos sin ser tomados en cuenta hasta que otros investi-gadores los repitieron y comprobaron. Pero lo que era algo completamente demostrado en los organismos visibles como

24

las moscas, resultaba todava una incgnita en el caso de los microorganismos.

Otro italiano, Lazzaro Spallanzani (1729-1799), en la segun-da mitad del siglo xviii, llev a cabo una serie de experimentos para demostrar que los animlculos, como llamaban a los or-ganismos microscpicos en aquella poca, no aparecan espon-tneamente en las infusiones de heno y otros caldos de cultivo. Para demostrar esto, Spallanzani calentaba estos lquidos en frascos sellados hermticamente y los dejaba enfriar despus. En los frascos tratados no aparecan animlculos, pero si se rom-pa el frasco aunque se tratara slo de una pequea grieta en el vidrio, al poco tiempo aparecan seres vivos microscpicos en su interior. La conclusin de este investigador fue que el aire nuevo, al penetrar en el frasco, haca surgir la vida en su interior.

Pasteur, que se opona resueltamente a la teora de la gene-racin espontnea y se haba propuesto demostrar su falsedad, realiz primero un experimento para comprobar que los mi-croorganismos otaban en el aire adheridos a las partculas de polvo. Despus dise y prepar unos frascos especiales con un cuello muy largo y varias curvaturas, llamados frascos en cue-llo de cisne. El extremo del cuello era abierto de modo que el aire penetraba con libertad, pero los microorganismos no po-dan hacerlo porque se quedaban atrapados en las curvaturas por efecto de la gravedad. En el interior del frasco, el caldo de cultivo previamente esterilizado permaneca libre de microor-ganismos, pero si se rompa el cuello de cisne, al poco tiempo aparecan signos de vida microbiana como resultado de la con-taminacin. Algunos de los frascos en cuello de cisne, prepara-dos por Pasteur, han permanecido estriles durante ms de un siglo (Frobisher, 1969). El genio del investigador se puso de mani esto al disear este experimento tan sencillo y al mismo tiempo tan valioso con el cual pudo comprobar, sin lugar a du-das, el papel que desempean en la contaminacin los micro-organismos del aire.

25

Ya antes de lograr este xito cient co Pasteur era un hom-bre de ciencia conocido por sus trabajos acerca de la descom-posicin de los alimentos. Este sagaz investigador haba obser-vado la existencia de un grupo de microorganismos capaces de vivir perfectamente bien en un ambiente sin oxgeno gaseoso (O

2). El cient co bautiz a esos microbios con el nombre de

anaerobios, por su capacidad de vivir en un ambiente sin aire. Adems, demostr que eran ellos los responsables de la fer-mentacin de los vinos y la cerveza. Hoy se conocen los meca-nismos bioqumicos mediante los cuales los microorganismos anaerobios son capaces de desarrollarse sin la presencia del ox-geno del aire.

Enfermedades de los vinos

El vino es tan antiguo como la propia sociedad; las primeras civilizaciones lo preparaban a partir del zumo de las uvas sin conocer que la fermentacin se produce debido a la presencia y a la actividad de ciertos microorganismos llamados levaduras. Pasteur expres que la fermentacin es la consecuencia de la vida sin aire, y ofreci la primera explicacin sobre estos pro-cesos al de nirlos como la descomposicin de los azcares sin la presencia de oxgeno gaseoso.

En nuestros das se conoce con profundidad la bioqumica de las fermentaciones y el papel que desempean los microor-ganismos en estos procesos, pero la primera explicacin cient- ca acerca de la actividad de estos seres vivos diminutos en un proceso de descomposicin de materia orgnica, la ofreci en su tiempo Luis Pasteur.

Este sabio adems investig y resolvi un problema prcti-co relacionado con las fermentaciones en el ao 1865. Francia tradicionalmente produce vinos de calidad por lo que esta in-dustria es una importante fuente de riqueza para ese pas. Por esa poca se present un problema en la fabricacin de los vi-

26

nos franceses motivado por la llamada enfermedad de los vinos. Consista en una alteracin desagradable del sabor lo cual los haca inferiores a los producidos en otros pases como Alemania. Por esa razn estos ltimos eran los preferidos en el mercado. Lo mismo pasaba con la cerveza francesa que tena sabor agrio.

Pasteur encontr la causa de las enfermedades de los vi-nos y la cerveza franceses. sta se deba a la presencia en ellos de microorganismos contaminantes capaces de alterar su sabor y aroma. Para eliminar la contaminacin de los vinos invent un mtodo para esterilizarlos; el procedimiento consiste en so-meterlos a temperaturas entre 50 y 60C durante 30 minutos y enfriarlos despus rpidamente. Este tratamiento se llama pas-teurizacin en honor a su autor y se aplica a diario en el mun-do entero. La leche fresca que se consume se somete a tempe-raturas de 63C durante 30 minutos, se enfra bruscamente y se envasa a 10C; el alimento se esteriliza sin perder su sabor natural.

Pero las investigaciones de Pasteur no se detenan; de los vinos enfermos pas a los gusanos enfermos. El gusano pro-ductor de la seda, material muy valioso en la poca, se encon-traba afectado por la enfermedad conocida como pebrina, la cual amenazaba con destruir la industria de produccin de se da en el sur de Francia. Durante cinco aos trabaj Pasteur en su laboratorio investigando la enfermedad hasta encontrar el cau-sante. Se trataba de un organismo microscpico unicelular, un protozoo, contaminante de los huevos, larvas y de la propia mariposa de la seda. La solucin propuesta por Pasteur consis-ti en eliminar todos los huevos infectados y tomar medidas para evitar la contaminacin. De esta manera, rescat la indus-tria de la seda fran cesa.

Otra contribucin cient ca de Pasteur fue la prevencin de la rabia. Tras investigar la saliva de animales afectados por la enfermedad, Pasteur lleg a la conclusin de que la enferme-

27

dad resida en los centros nerviosos: si se inyectaba un extracto de la mdula espinal de un perro rabioso a animales sanos, s-tos mostraban sntomas de rabia. Al experimentar con los teji-dos de animales infectados, sobre todo de conejos, Pasteur con-sigui desarrollar una forma atenuada del virus de la rabia que poda inocularse y prevenir la enfermedad. Una demostracin cabal de su teora consisti en aplicar el virus de la rabia ate-nuado mediante su procedimiento a un muchacho que haba sido mordido por un perro rabioso. ste se recuper y conser-v la salud. Desde entonces la vacuna contra la rabia se aplica en el mundo entero.

Las investigaciones de Pasteur sobre la rabia dieron lugar a la creacin, en 1888, de un instituto especial para el tratamien-to de la enfermedad en Pars. Con el tiempo ste acab llamn-dose Instituto Pasteur, y fue dirigido por el propio investigador hasta su muerte. En este instituto trabajaron algn tiempo des-pus los ms importantes cient cos de la poca y es actual-mente uno de los ms prestigiosos centros de investigacin mi-crobiolgica, inmunolgica y gentica, con 24 instituciones asociadas en el mundo.

Microbios y enfermedades

En la poca de Pasteur muy pocos mdicos aceptaban la idea de que los microbios pudieran causar enfermedades de impor-tancia. Un joven y decidido mdico ingls, llamado Joseph Lis-ter (1827-1912), descubri la causa de la infeccin en las heri-das en el ao 1870.

Este investigador haba estudiado desde 1865 la teora de los grmenes enunciada por Luis Pasteur y supuso que el ori-gen de la infeccin quirrgica estaba tambin relacionado con estos seres vivos microscpicos.

Lister se encontraba investigando las causas de la gangrena y otras infecciones en un hospital de Londres y supuso que su

28

origen eran las partculas de polvo presentes en el aire. Partien-do de su hiptesis puso en prctica una serie de medidas de pre-caucin para evitar la contaminacin en las intervenciones qui-rrgicas. Estas medidas consisten en esterilizar cuidadosamente todos los instrumentos de ciruga, usar ropas desinfectadas en el saln de operaciones y realizar la operacin en un ambiente li-bre de microbios, para lo cual utilizaba nebulizaciones de fenol. Lister utiliz la combinacin de antisepsia (destruccin de los grmenes que producen enfermedades infecciosas) y la asepsia (evitar la presencia de grmenes en el ambiente). De esta mane-ra lograba evitar las infecciones quirrgicas en la mayor parte de los casos tratados.

Los trabajos de Lister fueron rechazados al inicio, pero su perseverancia hizo que fueran aceptados alrededor del ao 1880; sus descubrimientos contribuyeron a con rmar las ideas de Pas-teur, por entonces nuevas, acerca del papel de los microbios en la aparicin de enfermedades en los humanos.

Otra gura de la misma poca que se destac en el desarro-llo de la microbiologa fue el mdico alemn Robert Koch (1843-1910), quien recibi el premio Nobel por su contribu-cin a la ciencia. Koch se hizo famoso por las tcnicas de traba-jo que invent y puso en prctica en su laboratorio. Una de las ms importantes fue la de preparar medios de cultivo slidos sobre los cuales podan crecer muy bien los microorganismos; el medio slido permite que una clula solitaria, aislada de las dems y proveniente de un cultivo de bacterias, se multiplique y aparezca una zona de crecimiento observable a simple vista, conocida como colonia.

Una colonia es un grupo de bacterias formado por millo-nes de seres pequesimos iguales entre s; a simple vista la co-lonia puede tener forma, tamao y color variados; muchas ve-ces son circulares, en ocasiones poseen olor peculiar y tamao de nido de acuerdo con la especie de que se trate.

Robert Koch aisl por primera vez colonias de microorga-

29

nismos. La tcnica inventada por l tiene la ventaja de separar especies distintas que viven juntas en un medio de cultivo l-quido y cuyo tamao pequeo y estructuras delicadas no per-miten su manipulacin con facilidad.

La tcnica de los cultivos puros hizo avanzar vertiginosa-mente la ciencia de la microbiologa; sta elimin para siempre la confusin de datos que se produce al estar presentes varios tipos distintos de microorganismos en un mismo medio de cultivo lquido.

Koch tambin dibuj y fotogra las clulas de los micro-organismos, puso en prctica nuevas tcnicas para jarlos y te-irlos, y esto le permiti observar muchos detalles que se le es-capaban cuando trataba de ver los microbios vivos suspendidos en una gota de agua. As logr hacer dibujos y fotografas de gran calidad.

Otra importante contribucin de Robert Koch fue la de descubrir en 1876 la causa de la enfermedad llamada carbunco o ntrax, que afecta tanto a los animales como al propio hom-bre. Esta enfermedad se debe a la infeccin causada por un mi-croorganismo, la bacteria conocida como Bacillus anthracis. sta fue la primera prueba efectiva que tuvo la humanidad acerca del papel de los microbios como agentes causales de en-fermedades.

Pero Koch hizo ms an: explic cmo pueden aislarse los microorganismos de las lesiones provocadas por una enferme-dad, y ense cmo comprobar que ellos, despus de ser aisla-dos y cultivados en el laboratorio, son capaces de causar la mis-ma enfermedad en animales de experimentacin.

Los mtodos de investigacin de Koch se fundamentan en cuatro postulados; stos se aplican actualmente en los labora-torios clnicos para comprobar si un microbio es el causante de una enfermedad determinada.

Muy pronto el laboratorio de Robert Koch se convirti en el centro de atraccin de los cient cos. De todas partes acudan los

30

estudiosos para aprender sus novedosas tcnicas. Los 15 aos que siguieron a sus descubrimientos iniciales se conocen como la edad de oro de la bacteriologa. El propio Koch de ni esta ex-plosin de conocimientos diciendo que los nuevos descubri-mientos caan como manzanas de un rbol (Frobisher, 1969).

Durante esos fructferos aos se logr aislar en el modesto laboratorio de Koch la mayor parte de las bacterias causantes de enfermedades; pero no slo esto, sino que se investigaron y se describieron detalladamente los grmenes y sus efectos so-bre los animales de experimentacin. El propio Koch aisl el bacilo de la tuberculosis tambin conocido como bacilo de Koch, en honor a su descubridor.

El laboratorio de Robert Koch se conserva aun en Berln formando parte de la Facultad de Medicina de la Universidad de Humboldt.

El seor de los mosquitos

Otro de los grandes hombres de la microbiologa fue un cien-t co nacido en el Caribe, en la isla de Cuba. Carlos Juan Fin-lay (1833-1915) trabaj durante ms de 30 aos en la investi-

Cuadro i.1. Postulados de Koch.

1. El microorganismo debe ser aislado de animales enfermos y no debe estar

presente en los sanos.

2. El microorganismo debe ser cultivado en forma pura fuera del

animal.

3. El cultivo del microorganismo al ser inoculado en un animal sano debe

dar inicio a la enfermedad.

4. El microorganismo debe aislarse de nuevo en el animal de experimen-

tacin y cultivarse en el laboratorio; ste debe ser igual al que se aisl

inicialmente del animal enfermo.

31

gacin de la ebre amarilla. Esta enfermedad, tambin conocida como vmito negro, era muy abundante en el continente ame-ricano, sobre todo en las regiones ms calurosas y se descono-ca el modo de transmisin de un paciente a un individuo sano. Las personas que rodeaban al enfermo y estaban en contacto directo con l no adquiran el mal, ni siquiera si usaban las ro-pas del paciente. Sin embargo se saba que se trataba de un pa-decimiento contagioso porque despus de aparecer el primer caso en una regin, la enfermedad se diseminaba con gran rapidez y el nmero de enfermos se multiplicaba.

Muchos mdicos recomendaban el aislamiento del pacien-te para evitar el contagio; por otra parte, se saba que las condi-ciones de suciedad y falta de higiene en el ambiente favorecan la aparicin de la ebre amarilla en las ciudades.

La idea del contagio de la enfermedad como una fuerza in-visible y misteriosa no le pareca a Finlay algo cient co; estaba seguro de que exista una explicacin racional y material para la propagacin de la enfermedad.

Mientras estudiaba el ciclo de vida de un hongo causante de una enfermedad en las plantas, Finlay concibi la idea de la existencia de un intermediario entre una persona enferma y una sana. Este intermediario sera el agente transmisor de la enfermedad. Se le plantearon entonces dos problemas para rea-lizar su investigacin: el primero consista en descubrir cul era ese agente intermediario y el segundo, comprobarlo experi-mentalmente.

Finlay era un hombre muy tenaz y observador, utiliz la in-tuicin y el razonamiento para resolver el primero de los dos problemas.

Por esa poca abundaban los mosquitos en los lugares insa-lubres donde se presentaban las epidemias de ebre amarilla. Era muy probable que este insecto fuera el intermediario al pi-car a los enfermos y transportar el germen a los sanos, inocu-lndolos con su picada.

32

La segunda parte del problema, la demostracin experi-mental de su teora fue quizs la ms difcil. La ebre amarilla es una enfermedad grave y por esa poca no se contaba con tratamientos que permitieran garantizar la recuperacin de los enfermos. Adems, para comprobar su teora, Finlay deba re-producir la dolencia en personas sanas, porque segn los cono-cimientos de la poca, la ebre amarilla era una enfermedad exclusiva del hombre y no poda provocarse en animales de ex-perimentacin.

Finlay trabaj durante aos con voluntarios quienes se so-metan a las picadas de mosquitos que hubieran picado ante-riormente a personas enfermas de ebre amarilla; se dice que el sabio sola llevar en sus bolsillos pequeos frascos con estos in-sectos, lo que le vali el amable apodo de seor de los mosqui-tos (Lpez Snchez, 1987).

Este ensayo, audaz y original le brind datos muy valiosos de los cuales Finlay extrajo conclusiones que demostraron lo acertado de su idea sobre el contagio de la ebre amarilla y la validez de su mtodo experimental para demostrarla.

El problema cient co y terico estaba resuelto; se haba comprobado que si despus de picar a un enfermo, el mismo mosquito picaba a una persona sana, sta enfermaba. Quedaba por demostrar en la prctica la posibilidad de eliminar la epi-demia. Para esto, Finlay elabor una serie de normas de higiene del ambiente, las cuales serviran como reglas para aplicar su descubrimiento. Para controlar la epidemia slo era necesaria una campaa de saneamiento que permitiera erradicar la en-fermedad. As ocurri en La Habana 20 aos despus del anun-cio de las originales ideas de Finlay. Mucho ms tarde, y gracias a la experiencia prctica del sabio, se realiz una campaa si-milar en el Istmo de Panam.

Por esa poca los Estados Unidos estaban empeados en la construccin del canal de Panam, y la di cultad principal era la muerte de cientos de trabajadores debido a la ebre amarilla,

33

que haca estragos por las terribles condiciones de vida de los obreros del canal. La campaa de saneamiento erradic la en-fermedad tambin de Panam y posteriormente en otras regio-nes como Brasil y los Estados Unidos.

Los trabajos realizados por Carlos Juan Finlay en las con-diciones de la Cuba colonial, alejado de los grandes centros cient cos de Europa, pueden compararse con los de Luis Pasteur en Francia. La enorme importancia de su descubri-miento radica en explicar el contagio de una enfermedad in-fecciosa de un modo totalmente nuevo para la ciencia: a tra-vs de un agente intermediario, el mosquito Aedes aegypti. Finlay adems des arroll mtodos experimentales para de-mostrar su hiptesis. Como si esto no fuera su ciente, ide los mtodos de higiene del ambiente para eliminar los mos-quitos, y los puso en prctica con resultados tiles e inme-diatos.

Sin embargo, el trabajo del cient co cubano les fue atri-buido durante ms de medio siglo a los mdicos estaduniden-ses que aplicaron sus descubrimientos para sanear el canal de Panam. Pero en la ciencia la verdad se abre paso y hoy Carlos Juan Finlay es internacionalmente reconocido como uno de los seis grandes cient cos que dieron inicio a la microbiologa.

bibliografa

Audesirk, Teresa, Gerald Audesirk y Bruce Byers, Biologa 1: unidad en la diversidad, 6a ed., Pearson, Mxico, 2003.

Bregere, F., La Escherichia coli: clave de la gentica moderna, Impac-to, nm. 32 (2) (unesco, Pars, 1982), pp. 195-207.

Frobisher, Martin, Microbiologa, Salvat, Barcelona, 1969.Lopez Snchez, Jos, Finlay. El hombre y la verdad cient ca, Editorial

Cient co Tcnica, La Habana, 1987.

34

II. Los virus y otras partculas infecciosas

El avance vertiginoso de la microbiologa, el conocimiento de los efectos de la actividad de las bacterias y el establecimiento de algunos principios bsicos de esta ciencia, entre ellos los postulados de Koch, se extendi tambin a las enfermedades de las plantas. De esta manera se logr identi car bacterias y hon-gos responsables de enfermedades dainas para los cultivos, lo cual contribuy en gran medida a hacer ms slida la idea de que los microbios eran agentes productores de enfermedades.

Los virus

En el ao 1892, un cient co ruso, llamado Dmitri Ivanovski (1864-1920), report los primeros trabajos que llevaron al des-cubrimiento de los virus, por entonces desconocidos.

Ivanovski estaba enfrascado en la tarea de aislar el microor-ganismo causante de la enfermedad de las plantas de tabaco, conocida como mosaico del tabaco. Para lograr su propsito segua al pie de la letra los mtodos de aislamiento ideados por Robert Koch, hasta entonces muy exitosos; sin embargo, esta vez daban como resultado al insigne investigador, un fracaso tras otro. No era posible encontrar un microbio bajo el micros-

35

copio. Pero los tropiezos muchas veces traen aparejados gran-des xitos; el cient co ide entonces pasar el extracto donde supona que estaban los microbios, a travs de un ltro con po-ros pequesimos, capaces de retener a las bacterias, y pudo comprobar que ese jugo ltrado, en contacto con las plantas de tabaco sanas provocaba la aparicin de la enfermedad. Iva-nov ski comprendi entonces que estaba ante un nuevo tipo de germen, capaz de atravesar los ltros que retienen a las bacte-rias, por eso los llam virus ltrables.

Alrededor del ao 1900 se descubrieron muchas enferme-dades en los seres humanos causadas por virus. Una de ellas era la viruela, para la cual exista ya una vacuna, preparada por Jenner, antes de conocerse el agente causal (Frobisher, 1969).

Aos ms tarde, en 1915, el cient co ingls Frederick W. Twort, y en 1917 el franco-canadiense Flix H. dHerelle descu-brieron de manera independiente un fenmeno nuevo: culti-vos de bacterias con crecimiento abundante en medio lquido desaparecan de la noche a la maana si se les aada agua de albaal ltrada. DHerelle bellamente describi la emocin de ese momento:

Al abrir la incubadora experiment uno de esos raros momentos de ntima emocin que recompensan al investigador por todos sus tormentos: a la primera ojeada vi que el cultivo de bacterias en caldo que la noche anterior estaba muy turbio, ahora apareca completamente claro; todas las bacterias se haban esfumado, di-suelto como el azcar en el agua. En el medio slido tampoco haba crecimiento. Lo que caus mi asombro fue algo que acu-di a mi mente como un relmpago: la causa de la desaparicin de las bacterias era un microbio in visible, un virus ltrable par-sito de las bacterias [] [Stent, 1963].

En efecto, la nica explicacin posible para este fenmeno era la presencia en el ltrado de virus capaces de hacer desapa-

Figura ii.1. Crecimiento intracelular de bacterifagos: el bacterifago inyecta su ADN en la bacteria hospedero y ste se multiplica en su interior. Cada copia de ADN se rodea de una cpsula proteica y la bacteria estalla dando lugar a la

progenie de bacterifagos.

La bacteria estalla y liberala progenie de bacterifagos

Crecimiento intracelular de los bacterifagos

El bacterifago identifi ca a la bacteriae inyecta su ADN

El ADN del bacterifago dirige la sntesis deprotenas y ADN de la bacteria

37

recer las bacterias en el cultivo. Los investigadores llamaron a esos virus bacterifagos, que quiere decir literalmente come-dores de bacterias. Hoy se conocen los detalles de los mecanis-mos mediante los cuales los bacterifagos hacen estallar las c-lulas de las bacterias cuando penetran en ellas.

Los virus son partculas compuestas tan slo de material gentico, rodeado por una envoltura protectora hecha de pro-tenas. El trmino virus fue introducido por Edward Jenner, descubridor de la vacuna contra la viruela y su existencia fue comprobada por Ivanovski, de la manera que se relata ms arriba.

Los virus son agentes causantes de enfermedades; su tama-o es menor que el de las bacterias y por tanto son invisibles con el microscopio compuesto. Los virus se visualizan sola-mente con la ayuda del microscopio electrnico porque tienen un tamao del orden de los 100 nm.

Los virus no son capaces de nutrirse por s mismos, no res-piran y son inmviles, no poseen vida independiente, pero se pueden replicar en el interior de las clulas vivas, con lo cual provocan la muerte de las clulas que los hospedan. Esto se debe a que no pueden sintetizar las molculas que requieren para multiplicarse y deben robarlas a las clulas que parasitan y utilizar sus mecanismos de sntesis de protenas. Los virus ne-cesitan estar dentro de una clula viva para multiplicarse, por eso se de nen como parsitos intracelulares obligados. La pre-sencia de virus en un tejido animal o vegetal, as como sobre el crecimiento bacteriano en una placa de Petri, puede detectarse por la aparicin de manchas circulares que producen la des-truccin del tejido o del crecimiento bacteriano. Los virus sola-mente se multiplican en clulas con metabolismo activo, fuera de ellas forman cristales inertes.

Los virus pueden intercambiar sus genes mientras se multi-plican y su material hereditario, que puede ser ADN (cido desoxirribonucleico) o ARN (cido ribonucleico), pero nunca

38

ambos, puede mutar como ocurre con el de las bacterias y el resto de los organismos.

Por eso tambin muchos de ellos se conocen por su cua-lidad de cambiar muy a menudo, como el virus del sida y el vi-rus de la gripe. Este ltimo es un verdadero maestro en el arte del disfraz. La propiedad de mutar con facilidad hace difcil la preparacin de vacunas contra algunos de estos virus, como por ejemplo el virus VIH, agente causal del sida.

Cada tipo de virus parasita un tipo de clula y no otros. Por ejemplo, los bacterifagos conocidos como T4 son parsitos de la bacteria Escherichia coli. El llamado virus del mosaico del tabaco (TMV) enferma a las plantas de tabaco solamente; el vi-rus de la polio afecta exclusivamente al tejido nervioso, por lo que provoca daos al sistema nervioso central. Debido a esa propiedad se dice que los virus son muy espec cos.

Debido a que los virus requieren estar dentro de clulas vi-vas para multiplicarse, cuando se necesita una cantidad impor-tante de stos para la investigacin, se realizan cultivos de los tejidos espec cos que les sirven de hospederos y se inocula en ellos una muestra del virus bajo estudio.

Enfermedades causadas por virus

Los cientos de virus conocidos son la causa de muchas enfer-medades distintas en los seres humanos, animales, bacterias y plantas. Entre las enfermedades virales se incluye el resfriado comn, que afecta a millones de personas cada ao. El virus de la gripe tiene la capacidad de mutar con mucha frecuencia; esto di cult durante mucho tiempo combatir la enfermedad con una vacuna espec ca. La solucin al problema ha sido el des-arrollo de vacunas polivalentes: se combinan las vacunas con-tra las diferentes variantes de virus de la gripe, y se modi can de acuerdo con las transformaciones que stas sufren.

39

Otras enfermedades virales tienen consecuencias graves. Entre stas se encuentra la rabia, el sida, las ebres hemorrgi-cas, la encefalitis, la poliomielitis y la ebre amarilla, esta lti-ma transmitida por la picadura del mosquito Aedes aegypti, como se vio al estudiar los trabajos de Carlos J. Finlay en el ca-ptulo anterior.

Sin embargo, la mayor parte de las enfermedades causadas por virus producen solamente un malestar intenso, siempre que

Figura ii.2. Virus de la polio. El virus de la poliotiene la forma de un polgono de 20 lados.

Figura ii.3. Bacterifago T4. Los bacterifagosson virus parsitos de bacterias y son muy espec cos.

40

al paciente no se le presenten complicaciones serias. Algunos de stos son el sarampin, las paperas, el herpes simple, la varicela, el resfriado simple, diarreas agudas, verrugas y la hepatitis.

El sndrome de inmunode ciencia adquirida (sida) es una enfermedad mortal causada por un virus. Se transmite a travs de la relacin sexual no protegida y a travs de la sangre infecta-da. Hasta ahora no se ha podido producir una vacuna capaz de inmunizar a los seres humanos.

Vacunas e inmunidad

Una de las contribuciones ms importantes para la salud en to-dos los tiempos fue sin lugar a dudas el descubrimiento de las vacunas.

En el ao 1796 un joven mdico rural britnico llamado Edward Jenner (1749-1823) descubri la vacuna contra la vi-ruela y prepar el terreno para el inicio de la inmunologa.

Desde nio Jenner gustaba de observar la naturaleza. Aos despus estudi medicina y se hizo cirujano en Londres. Ms tarde regres a su tierra natal Berkeley, para convertirse en m-dico rural durante el resto de su vida.

La viruela era una de las principales causas de mortalidad en el siglo xviii. Jenner observ que las personas que haban estado en contacto con animales enfermos de viruela vacuna, enfermedad similar propia del ganado, no enfermaban de vi-ruela humana.

Las mujeres ordeadoras en muchas ocasiones se contagia-ban en los establos a travs de rasguos en sus manos, pero no desarrollaban enfermedad alguna. A Jenner se le ocurri la idea brillante de extraer el lquido de las lesiones de una joven cam-pesina e inocularlo a un nio de ocho aos; seis semanas des-pus le inyect el virus de la viruela y el nio permaneci sano. Jenner observ cuidadosamente sus reacciones durante varias semanas hasta convencerse del xito de su experimento. El nio

41

no enferm de viruela porque haba quedado inmunizado con el material extrado de las llagas de las manos de la campesina.

Los descubrimientos de Jenner no fueron aceptados rpi-damente, y tuvo di cultades para obtener y conservar su vacu-na. Sin embargo, su procedimiento fue puesto en prctica y la mortalidad debida a la viruela disminuy. El uso de la vacuna se implant rpidamente en Europa y los Estados Unidos.

El xito cient co de Jenner se fundament en la observa-cin y en la experimentacin prctica. Sin llegar a conocer los virus ni sus propiedades, fue capaz de vaticinar su existencia e introdujo el trmino virus, que signi ca veneno en latn, para nombrar a los causantes de la viruela vacuna.

El qumico francs Luis Pasteur, 75 aos despus y tras es-tudiar los trabajos de Jenner, abri el camino para la inmuno-loga y el descubrimiento de las vacunas preventivas actuales al descubrir la vacuna contra la rabia.

El auge y desarrollo de las vacunas hizo que se estudiara el fenmeno de la inmunidad con gran inters. Ili Mechnikof (1845-1916) fue un bilogo y premio Nobel ruso, fundador de la ciencia de la inmunologa. En 1904 fue nombrado director del Instituto Pasteur en Pars. Mientras trabajaba en la investi-gacin de la digestin intracelular en las estrellas de mar, ob-serv sus larvas transparentes que poseen clulas capaces de realizar la fagocitosis, y las de enden de las sustancias extraas que se introducen en su cuerpo. A partir de esa experiencia de-dujo el efecto destructivo de los glbulos blancos de la sangre, que l llam fagocitos, sobre las bacterias y otros agentes que tratan de invadir el organismo. En 1884 anunci su teora de la fagocitosis, que constituy la base de la teora inmunolgica.

La teora de la fagocitosis permiti comprender por qu se in aman los tejidos invadidos por una infeccin. La in ama-cin es una reaccin activa del organismo contra los microbios que causan infecciones.

Los trabajos de Mechnikof sobre la fagocitosis dieron ori-

42

gen a nuevas ideas acerca de las reacciones de defensa del orga-nismo y del papel que juegan en ellas algunas sustancias del suero sanguneo.

Otro eminente investigador, el alemn Paul Ehrlich (1854-1915), trat de explicar el fenmeno de la inmunidad de modo diferente a como lo haba hecho Mechnikof. ste postul que las clulas tienen en su super cie molculas receptoras espe-c cas, o cadenas laterales, que slo se unen a determinados grupos qumicos de las molculas de toxina; si las clulas so-breviven a esta unin, se produce un excedente de cadenas late-rales, algunas de las cuales son liberadas a la sangre en forma de antitoxinas circulantes, lo que hoy llamaramos an ticuerpos. Los anticuerpos seran para Ehrlich responsables de la inmuni-dad (teora humoral). Este investigador estableci la ba se qu-mica para la interpretacin de la respuesta inmu no lgica.

Debido a que los criterios de estos dos investigadores eran contrapuestos, se formaron dos grupos antagnicos de investiga-dores, que sostenan apasionadas discusiones sobre la inmunidad; pero en la ciencia, de las batallas surge la luz porque los proble-mas se estudian con mayor profundidad para obtener respuestas convincentes. Se elaboraron entonces nuevos mtodos de trabajo en el laboratorio para diagnosticar las enfermedades infecciosas y se prepararon adems vacunas nuevas contra la ebre tifoidea, la peste, el clera y otras enfermedades, as como sueros contra las mordeduras de las serpientes venenosas.

Por sus investigaciones sobre la inmunidad Mechnikof com-parti en 1908 el Premio Nobel de Fisiologa y Medici na con el bacterilogo alemn Paul Ehrlich por la elaboracin de la teora de la inmunidad.

Sustancias qumicas para curar

Mientras los inmunlogos trataban de esclarecer cules son las vas naturales que poseen los seres vivos para defenderse y

43

cmo son capaces de destruir los microbios dentro de su pro-pio cuerpo, otros investigadores intentaban matar los grme-nes fuera del organismo utilizando medios qumicos.

El mdico ingls Joseph Lister, inventor de los mtodos de asepsia tan exitosos en las intervenciones quirrgicas, tambin haba desinfectado las heridas utilizando vendajes impregna-dos en formol y otros productos qumicos. Por su parte, Robert Koch desarroll trabajos con el mismo propsito; todo esto hizo posible descubrir que algunos de esos productos qumicos mataban los grmenes fuera del cuerpo.

La tarea de utilizar la terapia qumica o quimioterapia era muy difcil porque se haca necesario introducir venenos en el cuerpo humano para matar los grmenes sin daar los delica-dos tejidos y rganos vitales.

Por su parte, Ehrlich inici investigaciones encaminadas a eliminar los microbios dentro del organismo utilizando com-puestos qumicos. En esa poca, la s lis no tena tratamiento y causaba grandes estragos a la poblacin. El cient co descubri cmo destruir la bacteria causante de la enfermedad sin pro-ducir efectos dainos al enfermo. Fue este autor uno de los pri-meros en combatir la s lis mediante la llamada bala mgica o salvarsn, una preparacin de arsnico orgnico. ste fue uno de los mayores xitos de Ehrlich.

Otros investigadores demostraron la importancia y la efec-tividad del uso de las sulfas en el tratamiento de numerosas enfermedades microbianas, lo cual tambin contribuy a eli-minar muchas de las terribles epidemias que azotaban a la hu-manidad.

Aos ms tarde Alexander Fleming (1881-1955), desarro-ll importantes investigaciones en los campos de la bacterio-loga, la quimioterapia y la inmunologa. El descubrimiento de la penicilina tuvo lugar accidentalmente en 1928 mientras investigaba la gripe. Al observar que un moho que contamina-ba una de sus placas de cultivo haba destruido las colonias de

44

bacterias cultivadas en ella; el moho era el Penicillium notatum, hoy conocido como Penicillium chrysagenum, por lo que el pro-ducto de su actividad recibi el nombre de penicilina, uno de los antibiticos ms conocidos y aplicados en nuestros das.

Sin embargo, este medicamento tan ampliamente utilizado, permaneci inadvertido porque no se conoca un mtodo para producirlo en grandes cantidades. No fue hasta 1940 que se co-menz a desarrollar la tecnologa de produccin de la penicili-na, as como las tcnicas de mejoramiento gentico del hongo responsable, lo cual permiti obtener mutantes ms producto-res. A su vez, la tecnologa qumica permiti pasar de la etapa de resultados de laboratorio a la etapa de produccin industrial y aplicacin en la medicina.

La penicilina puri cada y aplicada en cantidades su cien-tes, salv la vida de miles de soldados durante la segunda Gue-rra Mundial, los cuales hubieran muerto por infeccin de las heridas recibidas.

Se demostr entonces la a rmacin de Fleming sobre el tratamiento y curacin efectivos de las enfermedades de origen bacteriano mediante la aplicacin de la penicilina, el primer antibitico que conoci la humanidad.

Fleming comparti en 1945 el Premio Nobel de Fisiologa y Medicina con los cient cos britnicos Howard Walter Florey y Ernst Boris Chain por sus contribuciones al desarrollo de la penicilina.

Despus de la guerra, la penicilina y otros antibiticos co-menzaron a utilizarse contra enfermedades tales como la s lis, neumona, tuberculosis y meningitis bacteriana. Los antibiti-cos brindaron por primera vez la posibilidad de curar esas in-fecciones, hasta entonces altamente peligrosas para la vida de los pacientes. Fue un paso de avance que transform la ciencia de la medicina, ya que la idea de una droga que curara una en-fermedad en particular era relativamente nueva. En el siglo xix, la mayora de los medicamentos se prescriban como tnicos

45

que mejoraban el estado general del paciente. La posibilidad de contar con un medicamento espec co signi c poseer balas mgicas para combatir y vencer enfermedades.

As se abri el camino para el uso de los antibiticos en la curacin de las enfermedades del hombre y de los animales. A partir de 1940 los esfuerzos de muchos hombres de ciencia se concentraron en obtener sustancias producidas por los mi-croorganismos capaces de destruir otros microbios sin causar dao al hombre.

Muchos antibiticos se han descubierto desde entonces como resultado de la actividad biolgica de hongos y bacterias, y ya la medicina cuenta con un poderoso arsenal que, como todo armamento, debe manejarse con cuidado para evitar que se produzcan daos en lugar de bene cios a la salud de la hu-manidad.

Hoy da se conocen familias de antibiticos, con funciones espec cas en la clula, se aplican para combatir y eliminar las bacterias infecciosas. Pero al mismo tiempo que salvan vidas, estas drogas maravillosas constituyen un peligro, advertido a tiempo por los hombres de ciencia: han sido el detonante para la aparicin de cepas de bacterias resistentes para las cuales por el momento no existen armas de combate.

El trmino antibitico, propuesto por el microbilogo del suelo Selman A. Waksman, descubridor de la estreptomicina, no re eja exactamente la accin de estos compuestos; sera ms preciso llamarlos compuestos antibacterianos, porque la inter-pretacin literal del trmino sugiere que los antibiticos son efectivos contra todas clases de seres vivos, lo cual no es cierto.

Los antibiticos no son efectivos contra los virus y otros grmenes causantes de enfermedades. Muchos virus se pueden controlar con la aplicacin de vacunas, aunque todava no se reporta la efectividad de una vacuna contra el temible virus del sida y la vacuna contra la gripe, enfermedad comn en todo el planeta.

46

La revolucin que comenz en la farmacologa con la apli-cacin de la penicilina y otros antibiticos, abri las esperanzas para el tratamiento y curacin de otras dolencias. De esta ma-nera se desarrollaron la quimioterapia del cncer, los agentes antivirales y nuevas drogas para el control de la tensin arterial.

El mal de las vacas locas y los priones

Desde el siglo xviii se conoce la enfermedad transmisible de los carneros y chivos, conocida como tembladera, cuyos sn-tomas son: prdida de la coordinacin muscular, temblores y prurito, el animal se arranca pedazos de piel y pelo al rascarse y termina por morir. Se abren ori cios en su cerebro, el cual adquiere el aspecto de una esponja. Hasta hace pocos aos, se dio poca importancia a esta enfermedad, hasta la aparicin del llamado mal de las vacas locas, en Inglaterra en 1986. Esta l-tima enfermedad del ganado tiene sntomas muy parecidos a la tembladera y se transmite al hombre, dando por resultado una enfermedad degenerativa del cerebro, que provoca invali-dez, demencia y termina con la muerte del paciente.

En todas estas enfermedades de humanos y animales, lla-madas encefalopatas espongiformes, el tejido nervioso que for-ma el cerebro se perfora, y ese rgano se transforma progresiva-mente hasta adquirir aspecto de esponja, de ah su nombre; son afecciones transmisibles entre individuos y, adems de enfermar al hombre, atacan tambin a otras especies de mamferos, espe-cialmente las ovejas y el ganado vacuno (Southin, 1993).

Al parecer, el agente causal del mal de las vacas locas est presente en los alimentos del ganado, que consisten en huesos y otros restos como cerebro y vsceras de ovinos en forma de pienso. De esta manera, la enfermedad pasa del carnero a otra especie, el ganado vacuno, como resultado de la alimentacin con ese pienso. El ganado, a su vez, puede transmitirla al hu-

47

mano a travs de la ingestin de la carne y los productos lc-teos infectados. Pero cul es ese agente, capaz de sobrevivir a los tratamientos de higiene y coccin de los alimentos, y de violar las fronteras naturales entre las especies para instalarse en el tejido nervioso de bestias y humanos?

La respuesta a esas preguntas la dio el cient co estaduni-dense Stanley Prusiner (1942), ganador por su trabajo del Premio Nobel de Medicina en 1997. Descubri a los llama-dos priones, que son diminutas partculas de protena infec-ciosa, responsable de la tembladera y del mal de las vacas locas.

Stanley Prusiner comenz su investigacin sobre estos agentes infecciosos en el ao 1972, despus de la muerte de uno de sus pacientes que presentaba signos de demencia como re-sultado de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Desde 1974 rea-liz investigaciones sobre la tembladera de las ovejas en la Universidad de San Francisco. En 1982 su grupo de trabajo ob-tuvo un preparado a partir de cerebros infectados del animal de laboratorio conocido como hmster. Los preparados conte-nan el agente infeccioso que denominaron prin, del ingls proteinaceus infectious particle.

Los investigadores que conocieron sus resultados manifes-taron un gran escepticismo. Resultaba demasiado novedoso a rmar que un agente infeccioso estuviera compuesto sola-mente por molculas de protena, sin cidos nucleicos capaces de transmitir el mensaje hereditario.

A partir de 1984 el grupo de trabajo de Prusiner demostr que todos los animales incluyendo al hombre poseen el gen para la produccin de priones. Estos agentes pueden existir en dos formas que se diferencian por la manera en que la molcu-la se dobla sobre s misma: una protena normal, cuyas funcio-nes en la clula se desconocen, y otra peligrosa, causante de la infeccin; algo como el Dr. Jekyll y Mr. Hyde, conocidos perso-najes de la literatura.

48

Al investigar genticamente el origen de esta protena, se comprob que se trata de una protena normal presente en to-dos los mamferos estudiados; es por tanto, un componente normal de las clulas. Poco despus se descubri que esta pro-tena, presente en los mamferos normales, y los priones pre-sentes en el tejido nervioso en las enfermedades mencionadas, estn codi cados por el mismo gen y tienen la misma secuen-cia de aminocidos.

Cabe la pregunta entonces: si la protena es normal en las clulas de los mamferos, cmo se transforma en infecciosa? Prusiner no tard en ofrecer la respuesta: la protena normal est dispuesta de una forma de nida, tridimensional, en el es-pacio. La molcula se dobla sobre s misma siguiendo un pa-trn regular, mientras que la protena infecciosa se dispone de otra manera en el espacio, se dobla de distinta forma y esta caracterstica es la que produce su transformacin en infec-ciosa. El mecanismo parece consistir en que un prin en con-tacto con la protena normal provoca un cambio en sta y hace que la molcula se doble de manera anormal. De esta manera una protena buena se transforma en mala y posterior-mente se presenta la enfermedad. Es decir, los priones inducen a las molculas benignas de protena a cambiar de forma, y el resultado es la formacin de nuevos priones que provocan la infeccin.

Esto explica por qu, cuando el ganado bovino ingiere res-tos de ovejas enfermas en el pienso que se utiliza para alimen-tarlo, enferma del mal de las vacas locas. La carne y la leche de las vacas enfermas contienen priones y stos pasan al organis-mo del hombre cuando consume esos productos, lo cual a su vez provoca la aparicin de la enfermedad en los humanos.

Los priones no son seres vivos, no contienen genes y sin embargo pueden transformar otras molculas. Estamos por tanto ante un nuevo tipo de partcula infecciosa cuyas propie-dades son distintas a todas las conocidas.

49

Efectos de los priones en el encfalo humano

En la corteza cerebral produce la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, caracterizada por el cerebro con apariencia de esponja por los nu-merosos ori cios presentes. Conduce a la demencia y a la muerte.

En el cerebelo provoca la enfermedad conocida como Kuru, resultado del canibalismo, y el sndrome de Gertsmann-Strass-ler-Scheinker (GSS), que conduce a la demencia.

En el tlamo origina el insomnio familiar fatal, una rara enfermedad hereditaria que encoge el tlamo y elimina la posi-bilidad de conciliar el sueo.

En el tallo cerebral produce encefalopata espongiforme bovina, o enfermedad de las vacas locas, que ha infectado mi-les de vacunos, los que la transmitieron a seres humanos. La enfermedad bovina pas desde Inglaterra al continente euro-peo a inicios del si glo xxi.

Figura ii.4. Esquema del encfalo humano. Los priones afectan el tejido del cerebro y provocan distintas enfermedades segn el rea daada: a) tallo

cerebral, b) cerebelo, c) corteza cerebral y d) tlamo.

b

c

a

d

50

bibliografa

Frobisher, Martin, Microbiologa, Salvat, Barcelona, 1969.Stent, Gunther, Molecular Biology of Bacterial Viruses, W. H. Freeman

and Co., San Francisco / Londres, 1963.Southin, John L., Forty Eight Lectures in Modern Biology, Kendall Pub.

Co., Iowa, 1993.

51

III. La qumica de la vida

Compuestos inorgnicos y orgnicos

Las primeras civilizaciones que poblaron nuestro planeta des-cubrieron y utilizaron compuestos qumicos obtenidos a partir de tejidos y rganos animales y vegetales. Los antiguos egip-cios, aztecas, mayas e incas lucan ropas de vistosos colores. Para confeccionarlas tean las bras con colorantes naturales y despus las transformaban en hilos que posteriormente te-jan. Tambin hicieron hermosos dibujos sobre distintos mate-riales naturales, cuyo esplendor se ha conservado hasta nues-tros das. Para teir las telas y dibujar, utilizaban colorantes extrados de los vegetales y tambin de los animales, como la cochinilla, insecto del cual se extraa el color rojo.

En la antigua Mesopotamia, unos 3500 aos antes del naci-miento de Cristo, los sumerios fabricaban bebidas fermenta-das. La Biblia cuenta cmo se obtena el alcohol mediante la fermentacin de las uvas y desde pocas remotsimas, la huma-nidad combata las enfermedades con remedios obtenidos a partir de los vegetales.

Por aquellos tiempos se desconoca la qumica de esas rece-tas y procesos, hasta que en los primeros aos del siglo xviii los estudiosos comenzaron a investigar las distintas sustancias y se desarroll la ciencia de la qumica.

A comienzos del siglo xix se estableci la diferencia entre

52

dos categoras de productos qumicos. Aquellas sustancias deri-vadas de los minerales y que no eran combustibles se llamaron compuestos inorgnicos, y por el contrario, los miembros de la otra categora, aislados de los organismos vivos, fcilmente combustibles y sensibles al calor y a los cidos y bases fuertes, se llamaron compuestos orgnicos. Durante mucho tiempo los qu-micos pensaron que haba algo especial en los compuestos or-gnicos que impeda su sntesis fuera de los organismos vivos. La idea de que los compuestos orgnicos se podan obtener slo mediante una fuerza vital, cuya existencia era posible nica-mente en los organismos vivos, se fue haciendo cada vez ms rme en el pensamiento de los estudiosos. No se conceba la po-sibilidad de sntesis de compuestos orgnicos en el laboratorio.

Sin embargo, en el ao 1828, un qumico alemn llamado Friedrich Whler (1800-1882) logr sintetizar por primera vez una molcula orgnica: la urea. Este descubrimiento propin un severo golpe a la teora de la fuerza vital en relacin con la sntesis de compuestos orgnicos.

Los trabajos de Whler marcaron el principio del n de la teora de la fuerza vital y sentaron las bases de una nueva era de la qumica inorgnica. Desde entonces, el nmero de com-puestos orgnicos sintticos supera con creces a los que han sido aislados e identi cados a partir de los seres vivos.

Aunque la sntesis de urea en el laboratorio disip la idea de la fuerza vital y estableci un estrecho vnculo entre la qu-mica orgnica y la inorgnica, se ha mantenido por convenien-cia la clasi cacin entre compuestos orgnicos e inorgnicos.

Las molculas de la clula viva

La clula es una gran fbrica qumica, pero en miniatura. En su interior se sintetizan constantemente y a enorme velocidad las molculas que participan en la actividad vital.

53

Las clulas necesitan energa para todos los procesos de sn-tesis y degradacin de molculas. Esa energa, cuya fuente pri-maria es el Sol, la toman los organismos del medio circundan-te, en unos casos mediante la fotosntesis, y en otros a partir de materias primas sencillas. Despus, esa energa es transforma-da por los seres vivos y utilizada en la edi cacin y sostn de sus complejas estructuras, y tambin para realizar los procesos siolgicos que mantienen la vida del organismo, no importa cun sencillo o complejo ste pueda ser.

En cada clula hay una gran diversidad de molculas. En el contenido celular estn presentes molculas inorgnicas abun-dantes en la naturaleza, como el agua y las distintas sales mine-rales. Las clulas tambin contienen molculas tpicas de la materia viva conocidas como biomolculas, que son de natura-leza orgnica. Por ejemplo, en la sangre humana y en la de otros animales existe una molcula llamada hemoglobina, la cual participa en el transporte de oxgeno gaseoso a todas las clulas del organismo (Lehninger, 1981).

Por mucho que se busque, nunca ser posible encontrar hemoglobina libre en el aire o en las piedras. sta es una de las numerosas molculas responsables de las funciones vitales.

Muchas biomolculas son de gran tamao; entre ellas hay una gran diversidad. Sin embargo, dentro de esa diversidad molecular existe una unidad. Esto quiere decir que en los seres vivos hay molculas orgnicas pequeas e iguales para todas las especies. En efecto, existen tambin biomolculas pequeas y sencillas como la glucosa, que es un azcar, y las molculas de aminocidos, que se ensamblan para formar las protenas. To-das ellas participan de manera activa en las diversas funciones que mantienen la vida. Estas molculas pequeas se asocian de diversas maneras y dan lugar a la enorme variedad de molcu-las presentes en una clula viva (Audesirk, 2003).

Dentro de las clulas la vida bulle impetuosamente. En su seno ocurren in nidad de reacciones qumicas que duran sola-

54

mente segundos; se sintetizan y se descomponen las molculas de acuerdo con las necesidades que tiene la clula para realizar sus diversas funciones; nada se desperdicia.

La energa que la clula no utiliza se almacena en molculas especiales que a su vez la liberan cuando as se requiere en las reacciones qumicas que tienen lugar en su interior. Los proce-sos de sntesis y descomposicin de molculas se suceden unos detrs del otro en fracciones de segundo. El resultado es un torrente de actividad durante el cual los organismos intercam-bian energa con el ambiente.

El conjunto de procesos de sntesis y descomposicin de molculas en la clula es el metabolismo. Durante el metabo-lismo tienen lugar transformaciones fsicas, qumicas y biol-gicas.

El metabolismo de la bacteria intestinal Escherichia coli, ha sido estudiado con gran profundidad y se conoce con bastante exactitud cules son las molculas que componen sus clulas, cundo y cmo se sintetizan y degradan esas molculas, qu funciones cumplen en la vida de la clula y cmo estn organi-zadas. El conocimiento acerca de este microorganismo sirve de modelo para el estudio de otras clulas y tejidos de animales y vegetales ms complejos.

La variedad de molculas de los seres vivos

Las diferencias entre molculas del mismo tipo que forman parte de los seres vivos se re ejan en fenmenos conocidos. Por ejemplo, antes de llevar a cabo una transfusin de sangre es ne-cesario determinar primero si el donante y el receptor tienen grupos sanguneos a nes, porque si esto no es as, se pone en peligro la vida del paciente.

Las diferencias entre los grupos sanguneos se deben a dife-rencias entre algunas de las molculas presentes en la sangre.

55

Como ya se ha mencionado antes, existe unidad en la diver-sidad de molculas orgnicas presentes en una clula viva. Todas las especies tienen en sus clulas molculas orgnicas pequeas, libres, iguales para todos los organismos. Por ejemplo: la glucosa o azcar de uva existe tanto en las clulas de tejidos vegetales y animales como en los microbios. Esa pequea molcula orgni-ca abunda mucho en la naturaleza y participa en el metabolismo de todos los seres vivos. Si se unen molculas de glucosa, en la clula se pueden formar distintos compuestos como el almidn, la celulosa, el glucgeno y otros (Biggs, 2000).

Otro tipo de molculas orgnicas pequeas e iguales en to-das las clulas son los aminocidos. Cuando se unen los ami-nocidos en una cadena se originan los pptidos; stos a su vez, al unirse, llegan a formar largas cadenas de protena. El modo en que se ordenan los 20 aminocidos que existen en el interior de la clula viva, as como las diferentes combinaciones que se producen entre ellos, da lugar a la gran diversidad de molcu-las de protenas que estn presentes en las clulas. Cada una de esas protenas tiene su propia funcin en el organismo. No existen protenas ociosas. Se calcula que dentro de una clula bacteriana estn presentes al mismo tiempo ms de 3 000 mo-lculas diferentes de protena. Si cada una est cumpliendo una funcin, ya sea formando parte de una estructura, como por ejemplo la pared celular, o digamos que es una molcula que participa en las reacciones que ocurren, se puede comprender por qu hemos hablado antes de un torrente de actividad en el interior de la clula.

El ADN, molcula de la herencia

La teora celular a rma que todas las clulas provienen de otras clulas. La unidad de origen es una de las verdades ms importantes que demuestra la teora celular. La molcula de ADN es la responsable de garantizar la transmisin de las ca-

56

ractersticas de padres a hijos, lo mismo si se trata de clulas simples o de organismos tan complejos como el hombre.

Los cromosomas de la clula estn formados principal-mente por esas enormes molculas de ADN. En ellas existen numerosos genes responsables de las caractersticas heredita-rias, como el color de los ojos, la forma y el tamao de las alas de las moscas, o la forma y el color de las colonias de bacterias (Southin, 1993).

El ADN es un cido nucleico conocido cient camente como cido desoxirribonucleico. Los cidos nucleicos son agru-

Figura iii.1. Segmento de una molcula de ADN (cido desoxirribonucleico). El ADN es una molcula en espiral compuesta por dos cadenas de nucletidos

unidos por enlaces fosfodister.

A = Adenina

T = Timina

C = Citosina

G = Guanina

S = Azcar

P = Fosfato

57

paciones llamadas polmeros de otras unidades o molculas precursoras ms pequeas conocidas como nucletidos. Exis-ten dos tipos de cidos nucleicos que cumplen funciones im-portantes para la vida celular: el ADN y el cido ribonucleico, al cual llamamos ARN.

Las molculas gigantes de cidos nucleicos tambin forman parte del contenido celular. Cada una de ellas contiene cuatro tipos de nucletidos dispuestos en una secuencia u orden de-terminado. Este ordenamiento, as como el nmero total de nucletidos en la molcula del cido nucleico, da lugar a in ni-tas posibilidades de combinaciones y, por tanto, pueden existir multitud de molculas diferentes de cido nucleico.

Como se ha visto antes, el ADN forma los genes, que alma-cenan y transmiten la informacin hereditaria. Las diferencias en la secuencia de nucletidos del ADN determinan las diferen-cias en los genes, responsables de las caractersticas hereditarias.

La funcin de los genes es dirigir la sntesis de las protenas de cada clula e individuo. Existe una clave o cdigo gentico que de ne cules combinaciones de nucletidos en la molcula de ADN se corresponden con los aminocidos que formarn parte de una protena determinada. Ms adelante en este libro se trata acerca de la historia del ADN.

Vida y energa

No hay vida sin energa. sta es una verdad que la humanidad comprendi casi por intuicin desde que las primeras civiliza-ciones poblaron nuestro planeta. La gura de una serpiente re-presenta la energa en la mitologa hind. Segn este antiguo pueblo, la energa cre, sostiene y con seguridad destruir al universo. Los organismos toman del ambiente una forma til de energa, capaz de realizar trabajo sin que dentro de la clula vare la temperatura o la presin. Esta forma de energa se lla-ma energa libre.

58

En una bacteria u otra clula no tienen lugar cambios no-torios de temperatura, como ocurre por ejemplo cuando se ca-lienta el agua hasta hacerla hervir. En las clulas la temperatura puede variar ligeramente sin provocar afectaciones. Los cam-bios drsticos de temperatura pueden matar la clula. Esto se puede comprobar al calentar por encima de los valores norma-les un cultivo de clulas bacterianas y tambin al congelarlo. En ambos casos las clulas mueren.

Imaginemos, por otra parte, una mquina trmica. Las m-quinas trmicas son mecanismos diseados por el hombre para realizar trabajo mecnico. Ellas absorben el calor de un foco caliente y lo ceden a un foco fro. Una mquina de vapor, ejem-plo de mquina trmica, puede suministrar energa para hacer funcionar un ingenio azucarero o una central termoelctrica.

Aunque la mquina trmica es capaz de realizar un trabajo mucho mayor, si se compara su rendimiento con el de una c-lula viva, resulta sorprendente descubrir que la clula aprove-cha mucho mejor la energa. La clula trabaja siempre; realiza trabajo qumico cuando sintetiza molculas, trabajo mecnico cuando mueve un agelo, se contrae un msculo, o se mueve la cola de un espermatozoide. Realiza trabajo osmtico al trans-portar sustancias del medio circundante al interior de la clula. Toda esa actividad vital se lleva a cabo sin que ocurra una va-riacin en la temperatura del organismo.

Uno de los problemas ms importantes en el estudio de la vida es el aprovechamiento y utilizacin de la energa en la clu-la y la sntesis de las numerosas molculas que en ella existen. Todas las clulas vivas poseen molculas encargadas de almace-nar la energa. Como sabemos, la energa no se crea ni se des-truye, solamente se transforma. Naturalmente, esto tambin se cumple dentro de las clulas. Cuando en una reaccin biolgica se libera energa, hay molculas que la conservan en enlaces qu-micos especiales que cumplen esa importante funcin. Un ejemplo de ellas es el trifosfato de adenosina, ms comnmente

59

conocido como ATP, indispensable para la vida celular porque interviene en numerosas reacciones. Estas molculas portado-ras de energa qumica actan como bateras suministradoras en los procesos biolgicos que requieren energa.

La molcula de ATP interviene en muchas reacciones en la clula; ella cede la energa acumulada en sus enlaces qumicos. Despus que la clula ha utilizado la energa, puede devolverla al ambiente en una forma menos til. Este tipo de energa re-torna al medio muchas veces como irradiacin de calor, como ocurre cuando hacemos ejercicio fsico, y en otras formas que contribuyen a aumentar el desorden o entropa que reina en la naturaleza.

El intercambio de sustancia y energa con el ambiente trans-forma a los organismos; ellos se nutren, crecen, se reproducen y mueren. Al mismo tiempo, el ambiente en que viven se trans-forma tambin, ya que sufre modi caciones importantes debi-das a la actividad de los seres vivos.

La gran variedad de formas de vida que pueblan la Tierra pudiera hacer pensar en que las necesidades de molculas y energa de los distintos tipos de organismos vivientes pudie-ran tambin ser muy variadas. Sin embargo, esto no es as. Las molculas sencillas integrantes de las molculas gigantes son las mismas. Tambin son iguales las molculas portado-ras de energa en todos los tipos de clulas. Esta realidad con-tribuye a a anzar el concepto de evolucin, proceso a travs del cual los seres vivos han cambiado y se han diversi cado a lo largo de miles de millones de aos.

bibliografa

Audesirk, Teresa, Gerald Audesirk y Bruce Byers, La vida en la Tierra, 6 ed., Prentice Hall, Mxico, 2003.

60

Biggs, Alton, Chris Kapicka y Linda Lundgren, Biologa: la dinmica de la vida, McGraw Hill, Mxico, 2000.

Lehninger, Albert L., Biochemistry, Editorial Pueblo y Educa cin, La Habana, 1981.

Southin, John L., Forty Eight Lectures in Modern Biology, Kendall Hunt Pub. Co., Iowa, 1993.

61

IV. Clulas, herencia y microorganismos

Desde el siglo xix y como resultado de las observaciones de los pri-meros microscopistas pudo a rmarse con certeza que los ani-males y las plantas tienen en comn una propiedad muy im-portante: sus tejidos estn formados por miles de millones de clulas visibles con la ayuda del microscopio y muy excepcio-nalmente a simple vista. En esas clulas transcurre la vida. Los organismos de tamao microscpico tambin estn formados por clulas; stas pueden vivir aisladas o formando agrupacio-nes sencillas, no comparables con los tejidos de los animales o de las plantas.

Los virus, antiguamente considerados microbios por su ta-mao pequesimo, son la excepcin de la regla. Estos grme-nes no poseen estructura celular. La organizacin de sus mol-culas es mucho ms simple y por eso necesitan estar dentro de una clula viva para multiplicarse. Recordemos que se consi-deran como parsitos intracelulares obligados.

La teora celular

Por su pequeo tamao, las clulas no fueron descubiertas has-ta la invencin de instrumentos pticos capaces de aumentar

62

muchas veces el tamao de los objetos diminutos. Hemos co-mentado que en el ao 1665 un cient co e inventor ingls lla-mado Robert Hooke fue uno de los pioneros en realizar in-vestigaciones microscpicas; entre sus resultados se cuenta el descubrimiento de las clulas vegetales. Hooke realiz observa-ciones con su microscopio en cortes nos de corcho. El corcho es un tejido vegetal muerto, formado por restos de pared celu-lar gruesa impregnada en una sustancia llamada suberina. Es la corteza externa seca de la planta de alcornoque y en el interior de cada clula preexistente se observa un espacio vaco porque ha desaparecido el citoplasma y sus componentes. Hooke compa-r sus observaciones con las celdas o pequeas habitaciones de los monjes, y dio el nombre de clula a las partes componentes del corcho. Hooke llam la atencin acerca de que en ese rbol vivo y en otras plantas, las celdas estn llenas de jugos.

A partir de los trabajos de los primeros microscopistas qued claro que los tejidos vegetales estn formados por clu-las. Sin embargo, quedaba por demostrar la composicin ce-lular de los tejidos animales. Las caractersticas de la clula ani-mal, en la cual no existe pared celular, hacan la tarea ms difcil, dadas las posibilidades de aumento de los primeros mi-croscopios, y la delgadez de las membranas que separan las c-lulas animales. En 1830 el zologo alemn Theodor Schwann observ cortes de cartlago y descubri clulas parecidas a las reportadas en los vegetales. Un estudio ms profundo de los tejidos animales permiti a este investigador elaborar una teo-ra, donde llam clulas a las partes fundamentales de animales y plantas.

En 1837 Matthias Schleiden, botnico alemn, se re ri en un trabajo a los procesos vitales de las clulas individuales como los fundamentos bsicos, absolutamente indispensables de la vida. sta fue la primera sugerencia acerca de las funcio-nes de las clulas.

Fue un austriaco patlogo de profesin, llamado Rudolf

63

Virchow, quien complement las ideas de Schleiden y Schwann cuando a rm en 1856, en la Universidad de Berln, que cada animal es la suma de sus unidades vitales, cada una de las cua-les contiene todas las caractersticas de la vida. Predijo adems que todas las clulas provienen de otras clulas. Los tres prin-cipios bsicos de la teora celular fueron resumidos genialmen-te por Virchow.

Investigadores osados con mente amplia descubrieron la importancia de la clula y predijeron sus funciones, aun antes de que el desarrollo de instrumentos ms so sticados las con- rmaran. La biologa celular ha demostrado actualmente, a es-cala bioqumica y tambin con el apoyo del microscopio elec-trnico, la validez y signi cacin de los postulados de la teora celular.

La teora celular a rma que los seres vivos estn formados por clulas, que las clulas constituyen las unidades bsicas de estructura y funcin, y que todas las clulas provienen de c-lulas preexistentes (Audesirk, 2003). Sus postulados bsicos son los siguientes:

1. la clula es la unidad de estructura,2. la clula es la unidad siolgica, y3. la clula es la unidad de origen.

La clula es la unidad de estructura de manera semejante, aunque no igual, a los ladrillos que forman una pared. Esta comparacin simple resulta hoy da inexacta debido a que se conoce la existencia de comunicacin y otras interacciones en-tre las clulas que forman un tejido. Sin embargo, es cierto que cada clula es la unidad de estructura, la ms pequea porcin de materia viva organizada, donde transcurren los procesos de la vida en la naturaleza.

De modo similar y muy relacionado con la primera a rma-cin, la clula es la unidad siolgica; ella vive a plenitud y

64

puede realizar todas las funciones necesarias con increble or-ganizacin y rapidez extraordinaria. En su seno ocurren trans-formaciones fsicas y qumicas en las cuales la energa es utili-zada para sintetizar y degradar multitud de molculas qumicas. Estos procesos de sntesis y descomposicin de molculas ocu-rren en fracciones de segundos. El torrente de actividad en el interior de una clula puede compararse con el de una fbrica en miniatura; cada una de sus partes est preparada para reali-zar una funcin cuyo resultado nal es la vida.

En condiciones arti ciales y controladas en el laboratorio puede lograrse que las distintas partes componentes de la c-lula trabajen por separado. Experimentalmente se puede frac-cionar la clula y separar sus orgnulos para comprobar cmo funcionan stos. Sin embargo, el trabajo celular es un todo ar-mnico. Las f