Notas rápidas sobre microbiología

Aquí hay una recopilación de notas sobre microbiología. Después de leer estas notas, aprenderá acerca de: 1. Significado de la microbiología 2. Historia de la microbiología 3. Era dorada 4. Microbiología en el siglo XX 5. Microbiología en la India 6. Sucursales 7. Microbios en microbiología ambiental 8. Aplicaciones de computadora 9. Algas 10. Hongos 11. Bacterias 12. Virus 13. Instrumentación.

Contenido:

Apuntes sobre el significado de la microbiología
Apuntes sobre la historia de la microbiología
Notas sobre la era de oro de la microbiología (1860-1910)
Apuntes sobre microbiología en el siglo XX
Notas sobre la microbiología en la India
Apuntes sobre las ramas de la microbiología
Notas sobre los microbios en microbiología ambiental.
Apuntes sobre las aplicaciones informáticas en microbiología
Notas sobre las algas en la microbiología.
Notas sobre hongos en microbiología
Notas sobre las bacterias en microbiología
Notas sobre el virus en microbiología
Notas sobre la instrumentación de la microbiología.

Nota # 1. Significado de la microbiología:

La microbiología significa literalmente la ciencia de los microorganismos. Los microorganismos o microbios, como a veces se los llama, son formas vivas que son demasiado pequeñas para ser vistas por el ojo humano sin ayuda. El ojo humano con una visión normal es incapaz de ver claramente un objeto que tiene una dimensión menor de 0.2 mm. En general, los microorganismos son mucho más pequeños que 0.2 mm y, por lo tanto, son invisibles a simple vista.

Muchos tipos diferentes de cuerpos vivos pertenecen a la categoría de microorganismos. Incluyen no solo todos los organismos unicelulares como bacterias, protozoos, amebas, algas y hongos simples, pequeñas formas multicelulares como mohos, algas filamentosas, mohos de limo, etc., sino también entidades biológicas celulares, como virus, viroides y proteínas infecciosas recientemente descubiertas. llamados priones.

Si estas formas acelulares se pueden considerar como microorganismos es un tema discutible, pero no hay ninguna diferencia de opinión de que estén bajo el alcance de la microbiología. Los microorganismos celulares generalmente se miden en unidades de micrómetro (μm o simplemente μ) que es la milésima parte de un milímetro. Las formas acelulares son mucho más pequeñas y, por lo tanto, se miden en unidades de nanómetro (nm), que es una milésima parte de un Jim.

Las dimensiones de algunas formas celulares y acelulares seleccionadas se muestran en la Tabla a continuación:

Aunque algunos virus son extremadamente pequeños, los viroides son aún más pequeños. Son 250-370 moléculas de ARN de cadena sencilla circular de nucleótidos. De manera similar, los priones son proteínas que tienen pesos moleculares de aproximadamente 30-35, 000. Todos los viroides conocidos hasta ahora causan enfermedades en las plantas, mientras que los priones infectan a todos los animales, incluido el hombre.

Por lo tanto, es evidente que el mundo microbiano abarca un conjunto muy diverso de formas vivas. Este mundo invisible difiere tan marcadamente del mundo vivo visible con el que estamos familiarizados que ya en 1866, Haeckel (1834-1919) los separó en un reino llamado Protista, distinto de los animales y las plantas.

Los protistas son en su mayoría unicelulares y de estructura más simple que las plantas y los animales. Más tarde, se reconoció que todas las células biológicas tienen básicamente cualquiera de los dos tipos de organización: eucariótica o procariótica. Los microbios celulares también son divisibles en tipos eucarióticos y procarióticos, por ejemplo, micromigías, microalgas, protozoos, amebas, etc. son eucariotas, mientras que las bacterias y las cianobacterias (anteriormente incluidas en las Algas como Cianoficeas) son procarióticas.

En la década de 1970, los procariotas se dividieron en dos dominios, Eubacteria y Archaebacteria. Los virus, viroides y priones son acelulares. Así que no son ni procariotas ni eucariotas. Este mundo microbiano no solo es muy diverso, sino también vasto, y la mayor parte de este mundo invisible aún es desconocido para nosotros.

Los científicos afirman que hasta ahora solo unas 4.000 especies de bacterias han sido cultivadas y estudiadas. Incluso se ha nombrado un número menor de especies de archaebacterias y microbios eucariotas. Esto constituye probablemente menos del 1% del número total de microbios.

Por lo tanto, una gran mayoría de los microbios todavía son desconocidos para nosotros. En contraste, nuestro estado de conocimiento con respecto a las plantas y los mamíferos es más satisfactorio. Más de la mitad del número estimado de especies son conocidas. Una de las razones principales de esta discrepancia en nuestro conocimiento es, evidentemente, el hecho de que nuestra relación con el mundo microbiano comenzó mucho más tarde que con el mundo visible. Otra razón se debe a su pequeño tamaño y las dificultades técnicas para su manejo.

Sin embargo, la diversidad microbiana está más extendida que la de los organismos superiores. Hay varias razones para serlo. Una de las razones obvias es que los microbios aparecieron mucho antes en nuestro planeta que las plantas y los animales (Fig. 1.1).

Durante su larga historia evolutiva, no solo tuvieron un tiempo mucho más largo para diversificarse que otros, sino que también tuvieron la oportunidad de experimentar muchas fases diferentes de cambios climáticos a través de los cuales tuvo que pasar la tierra. Además, los microbios que son los únicos ocupantes del joven planeta no tenían que enfrentarse a la competencia para acceder a todos los sitios posibles que apoyan su sustento.

Aunque en general se acepta que los procariotas fueron los primeros en colonizar este planeta, la naturaleza de los primeros organismos, el momento de su aparición y, lo que es más importante, cómo llegaron a existir aún no se conocen definitivamente. La edad de la tierra es de aproximadamente 4, 5 x 10 ⁹ años.

Los científicos creen que las primeras células vivas aparecieron entre 3.7 y 3.8 x 10 ⁹ años a partir de ahora. Esto significa que la vida apareció dentro de mil millones de años de la creación de la Tierra. Desafortunadamente, los organismos primitivos no han dejado registros fósiles definidos para darnos información sobre su naturaleza.

Se cree que algunas rocas estratificadas formadas por la incorporación de materia mineral y esteras microbianas, llamadas estromatolitos, se remontan a aproximadamente 3.5 x 10 ⁹ años. Los componentes microbianos de los estromatolitos se parecen a las cianobacterias.

A pesar de que las cianobacterias son organismos procarióticos, la dificultad de aceptarlos como los organismos celulares más primitivos es que son aeróbicos y se cree que la tierra primitiva no tiene oxígeno libre para sustentar ninguna vida aeróbica. El gas oxígeno que está presente ahora en la atmósfera se originó como un subproducto de la fotosíntesis llevada a cabo por plantas verdes y cianobacterias.

Por lo tanto, se cree que los primeros organismos vivos fueron anaeróbicos, que produjeron energía para sus actividades vitales mediante la fermentación. Como la mayoría de los eucariotas son aeróbicos, su evolución podría haber comenzado solo después de que el oxígeno libre comenzó a aparecer a través de la fotosíntesis.

Los científicos creen que los protozoos fueron los primeros en aparecer entre los microbios eucarióticos. Dado que también hay algunos protozoos anaeróbicos, pueden haber aparecido incluso antes de la evolución de la fotosíntesis oxigénica. El estado de nuestro conocimiento sobre el origen de la vida en la Tierra es casi igualmente vago.

La visión más conocida y aceptada científicamente es la hipótesis de Haldane-Oparin. Esta hipótesis sostiene que en las condiciones que prevalecen en nuestro joven planeta primitivo, la vida apareció de novo a partir de los compuestos orgánicos que se acumularon en los océanos.

Los compuestos orgánicos de complejidad gradualmente creciente se produjeron a partir de compuestos tan simples como el metano, el amoníaco, el dióxido de carbono, el agua, etc. Estos compuestos, que se cree que están presentes en la atmósfera de la tierra primitiva, reaccionaron entre sí para producir los compuestos orgánicos simples.

Los factores que podrían haber jugado un papel importante en la producción de moléculas orgánicas complejas son la ausencia de oxígeno libre, la luz ultravioleta emitida por el sol que llega a la superficie de la tierra debido a la ausencia de la capa de ozono y las descargas eléctricas frecuentes y violentas en la primitiva atmósfera.

Estos compuestos se acumularon en los océanos para alcanzar una concentración tan alta que interactuaron entre sí para formar el primer sistema de autorreplicación. Los experimentos llevados a cabo por Miller y Urey en 1953 y experimentos similares realizados por científicos posteriores demostraron que es muy posible producir compuestos orgánicos a partir de ingredientes tan simples como el H ₂, NH ₃, CH ₄ y agua en el laboratorio mediante la creación de condiciones artificiales que son Se supone que existió en la tierra primitiva.

Los experimentos de Miller y Urey, por ejemplo, mostraron que más del 10% del carbono en metano podía convertirse en moléculas orgánicas que incluían ácidos orgánicos, ácidos grasos, aldehídos y varios aminoácidos, como glicina, alanina, ácido aspártico, valina y leucina

Experimentos posteriores con diferentes materiales de partida y fuentes de energía produjeron moléculas más complejas y biológicamente significativas, como azúcares, purinas, pirimidinas e incluso ATP. Esta hipótesis prevé un largo período de evolución química que precede a la evolución de la primera célula biológica. Como no hay evidencia geológica de las formas precelulares, la aparición de una célula biológica con todas sus complejidades estructurales y funcionales parece abrupta.

Una segunda hipótesis, llamada teoría panspermeana, sostiene que la vida no se originó en este planeta, pero la "semilla" de la vida vino a la tierra de una fuente extraterrestre y floreció aquí en condiciones hospitalarias.

Muchos piensan que el planeta 'Marte' es el probable cuerpo extraterrestre desde donde las semillas de la vida podrían haber sido atraídas hacia la tierra por la fuerza gravitatoria del sol, porque la órbita de la tierra está más cerca del sol que la de Marte.

El razonamiento detrás de esta hipótesis es que Marte, al ser más pequeño y más alejado de la Tierra que el Sol, se enfrió antes y probablemente tenía un poco de agua en ese momento que podría haber sustentado alguna forma de vida. La colisión de grandes meteoritos con planetas fue una característica regular en los únicos días de todos los planetas, la llamada "fase de bombardeo".

Tales impactos podrían haber desalojado fragmentos de la superficie de Marte que contienen algunas semillas de vida. Algunos de estos podrían haber llegado a la Tierra y haberse multiplicado en condiciones favorables para comenzar la evolución biológica. La teoría pansperma es en gran parte especulativa. Hasta el momento no se ha obtenido evidencia de la presencia de ninguna forma de vida en Marte, pero muy recientemente se ha obtenido evidencia de la presencia de agua en el pasado.

De cualquier manera que la vida se haya originado en la tierra, no hay duda sobre el hecho de que los procariotas precedieron a los eucariotas. La pregunta que surge naturalmente es ¿cómo evolucionó una célula eucariota a partir de una célula procariótica? Una célula eucariota se diferencia en muchos aspectos de una célula procariótica. Entre estas diferencias, la presencia de orgánulos celulares unidos a doble membrana es de especial interés.

Algunas personas creen que las mitocondrias y los cloroplastos que se encuentran en las células eucarióticas evolucionaron a partir de una bacteria aeróbica y una cianobacteria, respectivamente, que fueron envueltas seguidas por el establecimiento de una relación simbiótica permanente. El organismo envolvente era una ameba o probablemente una bacteria que perdió o no tenía pared celular.

Esta idea se materializa en la hipótesis endosimbiótica. Sin embargo, no explica cómo evolucionó el núcleo unido a doble membrana u otras estructuras de células eucarióticas. La hipótesis endosimbiótica encuentra apoyo en las similitudes de cloroplastos y cianobacterias. Ambos llevan a cabo la fotosíntesis oxigénica generando oxígeno a partir del agua utilizando un mecanismo similar.

Ambos se auto-replican teniendo su material genético en forma de ADN circular. Ambos tienen ribosomas 70S e inhibición de la síntesis de proteínas por estreptomicina. El análisis de las secuencias del gen ribosomal de cloroplastos y cianobacterias ha revelado una gran similitud. La inhibición de la duplicación de la levadura-mitocondria por la eritromicina y el cloranfenicol revela una similitud con el comportamiento similar de las bacterias.

Nota # 2. Historia de la microbiología:

La historia de la microbiología es una cuenta continua del progreso, como cualquier otra historia, y es difícil de demarcar las diferentes fases. Desde la década de 1940, los microorganismos comenzaron a usarse cada vez más como materiales experimentales para el estudio de procesos básicos de la vida, como la genética y la bioquímica. Los microorganismos son fáciles de cultivar en el laboratorio bajo condiciones controladas.

Se puede obtener un gran número de individuos genéticamente uniformes en un tiempo comparativamente corto. Como resultado de tener una alta relación superficie / volumen, los microorganismos tienen una tasa metabólica mucho más alta que los organismos más altos. También los microorganismos, particularmente las bacterias unicelulares, poseen una gran flexibilidad metabólica.

Estos atributos atrajeron a los científicos a utilizarlos como materiales de estudio. Además, durante el primer cuarto del siglo XX, comenzó a entenderse la similitud en los procesos básicos de la vida en todos los organismos vivos, lo que dio origen al concepto de unidad de la bioquímica.

Los desarrollos en microbiología y los campos relacionados fueron tan rápidos y diversos que solo se pueden mencionar algunas de las contribuciones destacadas. En 1941, GW Beadle y EL Tatum pudieron aislar mutantes auxotróficos de Neurospora crassa, un hongo ascomiceto.

Dichos mutantes requerían obligatoriamente que se agregaran uno o más factores de crecimiento en el medio de cultivo, aunque el tipo parental podría crecer sin los factores de crecimiento. El requisito de factor de crecimiento en los mutantes se desarrolló debido a un cambio en el gen que controlaba la síntesis del factor de crecimiento particular. Beadle y Tatum propusieron su famosa hipótesis "un gen, una enzima" sobre la base de sus estudios. Fueron galardonados con el Premio Nobel por su trabajo en 1958.

F Griffith (1928) descubrió la transformación en neumococos. Los neumococos permanecen en pares (diplo-coccus) y existen dos tipos. En un tipo, un par de cocos está encerrado por un recubrimiento de polisacárido grueso, llamado cápsula. El otro tipo es sin la cápsula. La presencia o ausencia de cápsula es un carácter genético estable.

Es importante que los neumococos encapsulados sean patógenos y causen neumonía, mientras que los no encapsulados son avirulentos. Esto fue probado por Griffith inyectando células vivas en ratones experimentales. Los animales que recibieron neumococos virulentos vivos murieron y los que recibieron el tipo no virulento sobrevivieron. Esto era lo esperado. Cuando las bacterias virulentas murieron por calor y luego se inyectaron en ratones, los animales sobrevivieron.

Esto también se esperaba. A continuación, Griffith inyectó neumococos virulentos muertos por calor y neumococos avirulentos vivos. Algo inesperado sucedió. Los animales inyectados murieron. Desde los pulmones de ratones muertos, Griffith pudo aislar neumococos capsulados vivos. Concluyó que "algo" pasó de las bacterias virulentas muertas a las bacterias avirulentas vivas, transformándolas en neumococos virulentos encapsulados. El fenómeno fue llamado transformación.

La naturaleza del principio transformador permaneció desconocida hasta 1944, cuando OT Avery y su compañero de trabajo descubrieron que era ácido desoxirribonucleico (ADN). Este fue un hallazgo de gran importancia ya que fue la primera evidencia que probó que el ADN es el material genético. El fenómeno de la transformación demostró ser el primer mecanismo por el cual el intercambio genético podría tener lugar en las bacterias.

En 1946, J. Lederberg y EL Tatum descubrieron en Escherichia coli que el material genético podía pasar de una bacteria a otra mediante la conjugación directa de dos células. Demostraron que el contacto directo entre el donante y las células receptoras era esencial para la conjugación. La microscopía electrónica reveló que las dos células estaban unidas por un tubo de conjugación estrecho.

Al estudiar el mecanismo de conjugación en E. Coli, F. Jacob y EL Wollman (1952) descubrieron que había dos tipos de apareamiento, donante (macho) y receptor (hembra). El material genético pasa del donante al receptor a través del tubo de conjugación. Finalmente, W. Hayes descubrió que la capacidad de una bacteria de E. coli para actuar como donante se determinaba por la presencia de una pieza extra cromosómica de ADN, el factor de fertilidad (F). Las bacterias receptoras carecían del factor F.

Otro modo de intercambio genético en bacterias fue descubierto por J. Lederberg y N. Zinder (1952) en Salmonella typhimurium. Encontraron que el material genético podría ser transferido por un bacteriófago templado (virus que ataca a las bacterias). El fenómeno de intercambio de material genético a través de bacteriófagos se llamó transducción.

En la transducción, un pequeño fragmento de cromosoma bacteriano se incorpora al ADN del fago. Cuando un fago de este tipo se libera de la célula bacteriana y ataca a otra célula bacteriana, inyecta su ADN que contiene la pieza incorporada de ADN bacteriano en el nuevo huésped.

A principios de 1950 A. Lwoff descubrió el fenómeno de la lisogenia. Los bacteriófagos templados no causan la lisis inmediata de la célula bacteriana huésped como los bacteriófagos líticos. En cambio, entran en un estado de lisogenia, una especie de coexistencia pacífica por varias generaciones.

En 1952, AD Hershey y M. Chase demostraron a través de un clásico y elegante experimento que un bacteriófago infecta una célula bacteriana inyectando su ADN en la bacteria huésped, mientras que su cubierta de proteínas permanece afuera. Lo demostraron generando dos conjuntos de partículas de fago, de las cuales un conjunto tenía su cubierta proteica marcada con azufre radiactivo ( ³⁵ S) y el otro tenía su ADN marcado con fósforo radiactivo ( ³² P).

A estos se les permitió infectar E. coli por separado y después de algún tiempo se eliminaron los fagos unidos a las bacterias. Se observó que los fagos marcados con ³² P transfirieron la radioactividad a las bacterias, pero los fagos marcados con ³⁵ S no lo hicieron, lo que demuestra que el ácido nucleico entró en las bacterias y el revestimiento de proteínas no.

Un evento que influyó profundamente en todo el mundo científico desde su anuncio en 1953 fue el modelo propuesto de doble hélice de ADN de JD Watson y FHC Crick. El modelo se basó en datos analíticos químicos y patrones de difracción de rayos X del ADN obtenidos por varios otros trabajadores. Watson y Crick ajustaron estos datos para construir un modelo teórico de la estructura del ADN.

La doble hélice consistía en dos cadenas de polinucleótidos entrelazadas entre sí y unidas por enlaces de hidrógeno entre pares de bases de ácido nucleico. Cada par contenía una purina y una base de pirimidina. Hay dos purinas, adenina y guanina, y dos pirimidinas, timina y citosina. Los pares normales fueron adenina-timina y guanina-citosina. Las cadenas de polinucleótidos tenían una polaridad, es decir, una cabeza y una cola, y las dos cadenas eran antiparalelas.

En 1958, M. Meselsohn y FW Stahl demostraron mediante un elegante experimento que las moléculas de ADN se replicaban para producir dos moléculas hijas exactamente similares mediante un mecanismo semiconservador, lo que significa que cada molécula hija contiene una hebra de la molécula de ADN original, mientras que la otra se sintetiza nuevamente. A fines de la década de 1950, el papel del ADN como material genético universal y como almacén de información genética (excepto en algunos virus de ARN) fue bien reconocido.

La comprensión de la acción de los genes, es decir, cómo la información genética es utilizada por un organismo para producir proteínas enzimáticas para catalizar diferentes reacciones bioquímicas, también comenzó en la década de 1950. Sanger y sus compañeros de trabajo (1954) determinaron la secuencia de aminoácidos de la insulina, una hormona polipeptídica relativamente simple que contiene solo 51 aminoácidos.

Gradualmente, se llevó a cabo un análisis de secuencia de proteínas más complejas como la ribonucleasa (124 aminoácidos), la proteína de la cubierta de TMV (158 aminoácidos), la hemoglobina (574 aminoácidos), etc. Pronto se reconoció que para cada proteína, la secuencia de aminoácidos se fija y que una alteración en la secuencia podría conducir a la disfunción de la proteína en particular.

La comprensión del mecanismo por el cual se mantiene la secuencia de aminoácidos de diferentes proteínas se convirtió en un tema central. Varios descubrimientos importantes hicieron posible esta comprensión. Los ribosomas fueron descubiertos por Claude (1943) en células animales y por Schachman y su asociado (1952) en bacterias.

Zamenik y Hoagland (1953> descubrieron la transferencia de ARN, y Volkin y Astrachan (1957) descubrieron el ARN mensajero en E. coli infectada con fagos. Weiss y Nakamoto (1961) informaron sobre una enzima, ARN-polimerasa dependiente de ADN, capaz de transcribir información genética De ADN a ARN. Nirenberg y Matthaei (1961) lograron llevar a cabo la síntesis de proteínas in vitro utilizando un ARN mensajero sintetizado artificialmente.

Comenzó a entenderse cómo se codifica la información genética en el ADN, el código genético. El código de los trillizos fue descubierto por Brenner y Crick (1961). Durante los años siguientes, el código genético fue completamente descifrado por Holley, Khorana y Nirenberg (1966).

Los descubrimientos anteriores permitieron desarrollar el llamado "Dogma Central", según el cual la información genética codificada en el ADN en forma de secuencia de desoxirribonucleótido se transmite (o se transcribe) al ARN en forma de una secuencia de ribonucleótido complementaria. y del ARN a la proteína donde la información se traduce en secuencia de aminoácidos.

Otro desarrollo significativo a principios de los 60 fue el comienzo de una comprensión de la regulación de genes a través del trabajo clásico de F. Jacob y J. Monod. En 1961, propusieron la hipótesis del operón sobre la base de su investigación sobre el metabolismo de la lactosa en E. coli. Su trabajo mostró por primera vez que todos los genes no estaban involucrados en la fabricación de proteínas estructurales y enzimas, pero algunos genes actuaban como reguladores de otros genes. En 1966, Mueller y Gilbert lograron aislar la primera proteína reguladora (represora) de E. coli, lo que confirmó en gran medida el modelo de operón de regulación génica.

En la década de 1970, se hicieron varios descubrimientos de gran importancia que ayudaron a los científicos a pensar en la manipulación deliberada de los genes bacterianos. Entre estos hallazgos, el descubrimiento de la endonucleasa de restricción por W. Arber y HO Smith (1970) y el descubrimiento de la transcriptasa inversa en retrovirus por H. Temin y D. Baltimore (1970) fueron los que más contribuyeron al desarrollo de la ingeniería genética moderna basada en en moléculas de ADN recombinante.

A través de la tecnología de ADN recombinante, fue posible clonar los genes deseados para producir bacterias, plantas y animales transgénicos. Por lo tanto, mediante la clonación de varios genes humanos en bacterias, ha sido posible obtener productos de importancia terapéutica, introduciendo la era de la biotecnología moderna. Algunos de los productos obtenidos de microorganismos recombinantes se enumeran en la Tabla 1.2.

Entre otros eventos de importancia histórica en la década de 1970 se encuentran el desarrollo de la técnica de hibridoma para la producción de anticuerpos monoclonales por parte de Kohler y Milstein, y el reconocimiento de las arqueobacterias como un grupo principal distinto de procariotas a través de la investigación de Carl Woese y sus compañeros de trabajo en 1977.

El gen de la insulina humana se transfirió con éxito a las bacterias en 1979 y el producto se aprobó para su aplicación clínica a los diabéticos en 1982. De manera similar, el gen de la proteína antigénica de superficie del virus de la hepatitis B se clonó en 1982 y el producto microbiano se aprobó como vacuna en 1986.

Un descubrimiento importante de profundo significado fue que, además de las proteínas, el ARN también puede tener actividad catalítica (ribozima). En 1983-84, Gallo y Montagnier lograron aislar el VIH, el agente causal del SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida). En 1984, Mullis descubrió la PCR (reacción en cadena de la polimerasa), un sistema extraordinario capaz de hacer una enorme cantidad de copias a partir de un pequeño fragmento de ADN.

En la década de 1990 comenzó a aparecer la primera secuencia completa del genoma de las bacterias. Además, se completó la secuencia completa del genoma de levadura y giardia. En 2000, la secuenciación del genoma humano casi se completó a través de un gran programa de colaboración, el Proyecto del Genoma Humano.

En la década de 1990, también se iniciaron serios intentos de terapia génica humana mediante la introducción directa de un gen sano en pacientes que padecen trastornos genéticos. En 1995, SB Prusiner descubrió priones, partículas de proteínas infecciosas capaces de causar ciertas enfermedades del sistema nervioso central de los animales, incluidos los humanos.

Se afirmaba que los priones podían reproducirse, una característica desconocida para cualquier otra proteína. Otro logro que creó una gran conmoción fue la clonación exitosa en animales a través de la producción de un cordero llamado "Dolly".

Nota # 3. Era de oro de la microbiología (1860-1910):

La era dorada de la microbiología comenzó con el trabajo de Louis Pasteur (Francia) y Robert Koch (Alemania). Louis Pasteur (1822-1895) investigó varios aspectos, como el que mostró que el medio hervido podía permanecer transparente en un matraz de "cuello de cisne", abierto al aire a través de un tubo sinuoso horizontal en el que las partículas de polvo se depositarían cuando el aire volviera a entrar al enfriamiento vaso (fig. 1.1).

Pasteur también demostró que, en la atmósfera relativamente libre de polvo de una bodega tranquila o de la cima de una montaña, los matraces sellados podían abrirse y luego volver a sellarse para evitar la contaminación. Pasteur pronunció una conferencia en Sorbonne en 1864 e hizo sensación al descubrir que la vida es un germen y que el germen es una vida. F. Cohn (1876) estudió la biología de la bacili.

John Tyndall (1820-1893) demostró que el heno había contaminado su laboratorio con un increíble tipo de organismo vivo. Ferdinand John (1877) demostró las formas resistentes como pequeñas endosporas refractarias, una etapa especial en el ciclo de vida del bacilo del heno (Bacillus subtilis). Dado que las esporas se esterilizan fácilmente en presencia de humedad a 120 ° C, el autoclave, que utiliza vapor a presión, se convirtió en el sello de la bacteriología.

Pasteur (1857) se interesó en los productos de fermentación y observó diferentes tipos de microbios asociados con diferentes tipos de fermentación: esferas de tamaño variable (ahora conocidas como células de levadura) en la fermentación alcohólica y barras más pequeñas (lactobacilos) en la fermentación del ácido láctico. Durante este experimento, Pasteur estableció el estudio del metabolismo microbiano y, en particular, demostró que la vida es posible sin aire.

Pasteur explicó que en el jugo de uva, la alta concentración de azúcar y el bajo contenido de proteínas (es decir, bajo poder de tamponamiento) conducen a un bajo pH, lo que permite el crecimiento de levaduras resistentes a los ácidos y, por lo tanto, produce una fermentación alcohólica.

En la leche, en contraste, la proteína mucho más alta y el menor contenido de azúcar favorecen el crecimiento de bacterias de crecimiento rápido pero más sensibles al ácido, que causan una fermentación láctica. Este hallazgo llevó a Pasteur a afirmar que microbios específicos también podrían ser causas de enfermedades específicas en el hombre.

Pasteur desarrolló el procedimiento de calentamiento suave (es decir, pasteurización) para evitar el deterioro de la cerveza y el vino por parte de microbios no deseados. Este proceso se utilizó más tarde para prevenir las enfermedades transmitidas por la leche en el hombre.

De gran importancia económica fue la extensión de las fermentaciones industriales de la producción de alimentos y bebidas a la de productos químicos valiosos, como el glicerol, la acetona y las vitaminas, antibióticos y alcaloides.

La unidad de la biología a nivel molecular se desarrolló cuando se descubrió que las vías del metabolismo de los carbohidratos son similares en algunos microbios y en los mamíferos. Este descubrimiento se hizo hacia el final de la era de Pasteurian, especialmente por Winogradsky en Rusia y Beijerinck en Holanda, quien descubrió una variedad de patrones metabólicos por diferentes tipos de bacterias adaptadas a diferentes nichos ecológicos.

El nicho ecológico se define como "el espacio físico ocupado por un organismo, pero también su papel funcional en la comunidad". Estos organismos se aislaron utilizando el principio de cultivo selectivo de Pasteur: cultivo de enriquecimiento en el que solo se proporciona una fuente de energía particular, y el crecimiento está restringido a aquellos organismos que pueden usar esa fuente.

Nota # 4. Microbiología en el siglo XX:

El descubrimiento de los efectos microbianos en la materia orgánica e inorgánica comenzó con el descubrimiento de Theodore Schwann y otros (1937) que observaron que las células de levadura pueden convertir el azúcar en alcohol, es decir, la fermentación alcohólica. Fueron las observaciones de Pasteur las que revelaron los microorganismos anaeróbicos y aeróbicos.

Sergei N.Winogradsky (1956-1953) y Martinus Beijerinck (1851-1931) discutieron el papel de los microorganismos en los ciclos de carbono, nitrógeno y azufre en los hábitats del suelo y acuáticos.

El microbiólogo ruso Winogradsky también descubrió que:

(i) las bacterias del suelo oxidan el hierro, el azufre y el amoníaco para obtener energía,

(ii) fijadores anaeróbicos aislados de N2,

(iii) estudió la descomposición de la materia orgánica celulósica.

Por otro lado, Beijerinck contribuyó mucho en el área de la ecología microbiana. Azotobacter, un fijador de nitrógeno de vida libre fue aislado. Más tarde, también se aisló una bacteria noduladora de la raíz llamada Rhizobium y reductores de sulfato. Ambos microbiólogos desarrollaron las técnicas de cultivo de enriquecimiento y el uso de medios selectivos en la microbiología.

En el siglo 20, la microbiología se desarrolló desde el ángulo de otras disciplinas de las ciencias biológicas de tal manera que se resuelvan los problemas de la estructura celular con la evolución. Aunque se puso más énfasis en los agentes de enfermedades infecciosas, la respuesta inmune, los agentes quimioterapéuticos y el metabolismo bacteriano.

Beadle y Tautam (1941) usaron mutantes del molde del pan, Neurospora, mientras que Salvadore Luria y Max Delbruck (1943) usaron mutantes bacterianos para mostrar que las mutaciones genéticas eran verdaderamente espontáneas y no estaban dirigidas por el ambiente. Avery, Macleod y Mc Carty (1944) evidenciaron que el ADN era el material genético que contenía la información genética.

Dichos descubrimientos hicieron de la microbiología, la genética y la bioquímica la genética moderna de orientación molecular. La microbiología contribuyó al máximo en biología molecular, que trata los aspectos físicos y químicos de la materia viva y su función. El código genético y el mecanismo de la síntesis de ADN, ARN y proteínas también se estudiaron utilizando varios microorganismos.

La regulación de la expresión génica y el control de la actividad de las enzimas también se discutieron a la luz de la microbiología. En la década de 1970, un nuevo descubrimiento, como la tecnología de ADN recombinante y la ingeniería genética, también fue conducido al desarrollo de la microbiología que dio el servicio de biotecnología microbiana.

Científicos de la Universidad de West Cjester, Pensilvania, han revivido un microbio que había estado en animación suspendida durante 250 millones de años, una hazaña notable que aumenta las teorías de que las semillas antiguas de vida llegaron a la Tierra desde el espacio.

Russell Vreeland (2003) aisló una espora que forma Bacillus sp. de una muestra de cristal de sal de 250 años de antigüedad que se encuentra bajo tierra (1850 pies) en Nuevo México. La bacteria parece ser similar a Bacillus marismortui. Anteriormente, hubo informes de criaturas vivientes más antiguas de 254-40 millones de años.

La importancia de esta rama se debe al hecho de que aproximadamente el 30% del total de los Premios Nobel otorgados en fisiología y medicina se otorgan a quienes trabajan en problemas relacionados con la microbiología, como se muestra en la Tabla 1.1.

Nota # 5. Microbiología en la India:

Hay varios institutos dedicados a la investigación microbiológica en nuestro país. El Instituto Indio del Petróleo, Dehradun; El Instituto de Investigación de Energía Tata, Delhi y el Laboratorio Nacional de Química, Pune han trabajado en el desparafinado microbiano de fracciones de petróleo más pesadas. Los institutos también han desempeñado un papel vital en el área de la recuperación microbiana mejorada de petróleo y la producción de biosurfactantes.

El Instituto Nacional de Nutrición, Hyderabad, ITRC, Lucknow y el Instituto Nacional de Salud Ocupacional de Ahmedabad ya han completado un plan a largo plazo sobre monitoreo y vigilancia de peligros de contaminantes de alimentos en la India mientras que el análisis del genoma y el diseño de genes sintéticos para la modulación de la expresión del genoma in vivo Fue llevado a cabo por los científicos del Instituto Indio de Ciencia, Bangalore.

El reciclaje anaeróbico de desechos lignocelulósicos a combustibles y materias primas se ha llevado a cabo con éxito en el Instituto de Tecnología de la India, Delhi y Madras. La caracterización molecular de los alérgenos de origen natural para la identificación de restos inmunopotenciales se ha trabajado en la Asociación India para el Cultivo de la Ciencia, Calcuta.

La biología molecular de los patógenos entéricos humanos, las técnicas de tipificación de bacteriófagos para identificar la infección del cólera, la construcción del mapa físico y genético de Vibrio cholerae 569B, la vacuna oral contra el cólera y el establecimiento de un banco de parásitos Leishmania se han logrado en el Instituto Indio de Biología Química, además de Calcuta. en la anatomía estructural de la enzima adenosina de Leishmania donovani que tiene un papel estructural.

Bhavnagar, un grupo del Instituto Central de Investigación de Sal y Productos Químicos Marinos, ha observado ciertas plantas de importancia económica, con especial referencia a la flora de algas marinas que se encuentra en los bosques de manglares.

También se ha desarrollado tecnología para el agar de grado bacteriano y biotoxinas de algas marinas y bacterias. Las cepas manipuladas, las conversiones enzimáticas de rifomicina B a rifamisina, el desarrollo de la vacuna contra el cólera son logros importantes del Instituto de Tecnología Microbiana de Chandigarh.

Los estudios de ingeniería bioquímica básica sobre el desarrollo de vectores de plásmidos estables en corinebacterias e híbridos de fusión entre Praerthes y Corynebacter se llevaron a cabo en el Instituto Indio de Tecnología de Nueva Delhi.

El tratamiento de residuos industriales por digestión anaeróbica con especial referencia a la ultra estructura de lodo granular y la inmovilización celular se estudió en el centro de instrumentación regional sofisticado, IIT, Bombay. La degradación microbiana de los hidrocarburos aromáticos policíclicos con referencia a la construcción de una cepa manipulada genéticamente se completó en el Instituto de Tecnología Microbiana de Chandigarh.

La aplicación de ADN recombinante a sistemas de película fija anaeróbica para la biosíntesis de metano, la construcción de cepas genéticamente modificadas para la desulfuración microbiana del crudo de petróleo, la producción de surfactantes y bioplásticos, los destilados de orina de vaca para terapia antimicrobiana (patente de EE. UU.) Son algunos logros de los científicos de National Environmental Engineering Instituto de Investigaciones (NEERI), Nagpur.

La instalación nacional para el control de enfermedades en peces mediante cuarentena y certificación sanitaria se llevó a cabo en el Instituto Central de Acuicultura de agua dulce, Bhubneshwar. El monitoreo y la vigilancia de los peligros de los contaminantes de los alimentos en la India, y la producción de diversas enzimas como la xilanasa y la B-amilasa se desarrollaron en el Instituto Bose, Calcuta.

Las xilanasas microbianas en semipiloto a escala de fermentación y procesamiento posterior y el metabolismo de xilosa en Neurospora crassa; La biotecnología del etanol y las mejoras en la cepa de levadura se llevaron a cabo en el Laboratorio Nacional de Química, Pune.

La fermentación en estado sólido para la producción de glucoamilasa se estudió en el laboratorio de investigación regional Thiruvanathapuram (Kerala), mientras que la aplicación de microorganismos naturales y recombinantes a la producción de bio-surfactante, la degradación de derrames de petróleo y el control de la contaminación se estudiaron en los laboratorios CSIR.

En el Laboratorio de Investigación Regional, Jammu ha diseñado tecnologías para la producción de ácido glucónico libre, la construcción de cepas genéticamente modificadas para la desulfuración microbiana del crudo de petróleo, la producción de surfactantes y biopolímeros, etc.

La biotecnología en la producción en masa de enemigos naturales de Spodoptera litura se estudió en el Central Tobacco Research Institute, Rajamundry (AP), mientras que la genética de Thiobacillus ferroxidans y el mejoramiento de cepas mediante una técnica genética avanzada se exploraron en el Instituto Bose, Calcuta. La eliminación de iones de metales pesados de desechos industriales por microorganismos se llevó a cabo en el Laboratorio Regional de Investigación, Bhubaneswar.

La mejora de la eficiencia de la tensión, la calidad y la tecnología de producción en masa para los inoculantes microbianos heterotróficos se estudió en la fundación científica SPIC, Madras. La ingeniería de proteínas y los enfoques biofísicos y químicos para el estudio del plegamiento de proteínas se llevaron a cabo en TIER, Bombay.

La recolección de germoplasma, el mejoramiento de la calidad mediante ingeniería genética y el procesamiento posterior de la espirulina y su biotecnología se desarrollaron en el marco de un Proyecto Coordinado de Toda la India que involucró a varios institutos, incluido el CFTRI. Mysore. Los enfoques moleculares y genéticos para el análisis del empalme pre-mRNA en levadura fue la principal contribución del Instituto de Ciencia de India, Bangalore.

Nota # 6. Ramas de Microbiología:

yo. Microbiología del agua:

"No hay vida sin agua" es un dicho común que depende del hecho de que el agua es uno de los requisitos esenciales que ocurren naturalmente en todas las funciones de la vida. Es un solvente maestro, y todas las reacciones metabólicas de los seres vivos dependen principalmente de su presencia.

Como sabemos, la población humana que vive en pueblos, ciudades, etc. depende de los suministros municipales de agua. Además, una fracción importante de nuestra población que vive en áreas rurales, especialmente en países subdesarrollados y en desarrollo, depende de lagos, ríos, estanques, manantiales, pozos, etc. para sus necesidades de agua.

El agua se pierde de la tierra por evaporación, transpiración y exhalación, y regresa a la tierra por medio de la precipitación. La contaminación del agua comienza desde el principio cuando el agua llega a la tierra a través del aire en forma de precipitación; Los microorganismos presentes en el aire entran en él.

Una vez que termina la precipitación y el agua llega a la superficie de la tierra, se contamina con microorganismos a través del suelo, plantas y animales muertos, etc. Además, las fuentes naturales de abastecimiento de agua se contaminan con una gran variedad de sustancias, como desechos domésticos e industriales., es decir, aguas residuales vertidas como consecuencia de la necesidad del hombre civilizado, y excretas humanas y animales en forma de orina y heces.

Todos estos contaminantes deterioran la calidad del agua y la hacen insegura para el consumo humano. Es importante tener en cuenta que estas contaminaciones, especialmente los desechos domésticos e industriales y los fecales, son de gran preocupación bioquímica porque no solo aumentan la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) sino que también contienen ciertos microorganismos causantes de enfermedades.

Estos microorganismos que causan enfermedades generalmente ocurren en las heces y en la orina de una persona infectada y cuando se descargan pueden ingresar a una fuente de suministro de agua desde donde se suministra el agua potable. Esto resulta en la transmisión de enfermedades de personas infectadas a personas sanas.

Sin embargo, las enfermedades transmitidas a través del agua se denominan "enfermedades transmitidas por el agua". Cada año, más de 500 millones de personas se ven afectadas por enfermedades transmitidas por el agua, y más de 10 millones de ellas mueren.

Todo esto apunta a la necesidad de emplear una técnica de tratamiento de agua que pueda proporcionar agua potable segura y el tratamiento de aguas residuales antes de su eliminación.

ii. Microbiología del aire:

Dado que el aire no contiene, en condiciones normales, los nutrientes y la humedad para el crecimiento, el mantenimiento y la multiplicación de microorganismos, no se puede considerar su entorno natural. Sin embargo, el aire normalmente abunda en su número a medida que los microorganismos ingresan en él desde el suelo y otros materiales secos descompuestos, incluidos los excretos expuestos a la acción del viento.

Los microorganismos transmitidos por el aire se convierten en una fuente importante de contaminación en laboratorios, hospitales, industrias y en alimentos y bebidas expuestos. Dependiendo de la naturaleza de los microorganismos, algunas contaminaciones pueden causar el deterioro de productos contaminados y enfermedades cuando se ingieren.

Por mero estornudo y tos, la infección de la boca y los pulmones puede descargarse en el aire alrededor. En vista de esto, el conocimiento de la cantidad y calidad de los microorganismos del aire parece esencial porque necesitamos aire puro para respirar.

El aire no es un medio para los microorganismos, pero es un portador de partículas, polvo y gotitas que permanecen generalmente cargados de microorganismos. Estos transportadores transportan microorganismos y el destino final de tales microorganismos se rige por un conjunto complejo de condiciones tales como la luz solar, la temperatura, la humedad, el tamaño de las partículas cargadas de microbios, el grado de susceptibilidad o resistencia de un microbio particular al nuevo entorno físico, y Capacidad del microbio para formar esporas o quistes resistentes.

En el aire en calma, los microorganismos tienden a asentarse rápidamente con sus portadores, dejando el aire bastante libre de ellos. El aire después de fuertes lluvias está bastante libre de microorganismos. El desarrollo, incluso de la corriente más leve, puede mantener los microorganismos suspendidos en el aire durante un período prolongado de tiempo.

En general, el aire por encima de las regiones más cálidas de la tierra alberga un mayor número de microorganismos que el de las regiones más frías siempre que haya humedad adecuada. La ventilación inadecuada de los edificios habitados promueve una mayor acumulación de número microbiano en el espacio aéreo.

El aire de las regiones montañosas y los océanos no coronados y no muy industrializados se considera puro y bueno para la salud, ya que está relativamente libre de microorganismos.

iii. Microbiología del suelo:

El campo de la microbiología del suelo fue explorado durante la última parte del siglo XIX. El establecimiento de los papeles principales que desempeñan los microorganismos en los ciclos biológicamente importantes de la materia en la tierra: los ciclos de nitrógeno, azufre y carbono fue en gran parte obra de dos hombres, S. Winogradsky (1856-1953) y MW Beijerinck (1851-1931). ).

S. Winogradsky, un ruso y considerado por muchos como el fundador de la microbiología del suelo, descubrió las bacterias que atacan (1890-91); describió la oxidación microbiana de H2S y azufre (1887); Desarrolló el concepto de quimioutotrofia microbiana; describió las bacterias fijadoras de nitrógeno anaeróbicas (1893); Contribuyó a los estudios de reducción de nitrato y fijación de nitrógeno simbiótico; y originó la clasificación nutricional de los microorganismos del suelo en grupos autóctonos (humus utilizers) y zymogenous (oportunistas).

Casi igualmente importante fue el trabajo de MW Beijerinck, un Hollander, quien aisló los agentes de la fijación de nitrógeno simbiótico (1888) y aerobio no simbiótico (1901).

Sin embargo, la mayor contribución de Beijerinck fue una técnica nueva y profundamente importante: la técnica de cultivo de enriquecimiento: aislar y estudiar diversos tipos fisiológicos de diversos microorganismos a partir de muestras naturales mediante el uso de medios de cultivo específicos y condiciones de incubación.

iv. Microbiología de los alimentos:

La dieta de muchas personas se complementa con alimentos conservados por métodos especiales. Dichos alimentos pueden ser congelados, enlatados o deshidratados. Puede ser parcial o completamente al horno o precocinado, listo para calentar y servir.

Durante la preparación, tales alimentos pueden ser atacados por microorganismos heterótrofos para cumplir con sus requerimientos nutricionales. El crecimiento y la multiplicación sin restricciones de estos microorganismos en los alimentos pueden hacer que no sean aptos para el consumo y causar deterioro o deterioro.

Microbiología de Leche, Lácteos y Alimentos:

A. Microbiología de la industria láctea y láctea

B. Contaminación microbiana y deterioro de aves de corral, pescado y marisco

C. Alimentos Ortentales

La primera leche extraída de animales siempre contiene microorganismos. La mayoría de las bacterias provienen de los utensilios para lácteos y de las superficies que se contraen con leche, las máquinas de ordeño, las que manipulan leche y otras fuentes similares. Las bacterias incluyen estreptococos lácticos, bacterias coliformes, bacterias gramnegativas psicrotróficas.

Las varillas negativas son termodúricas que sobreviven a la pasteurización, por ejemplo, enterococos y bacilos. El personal lechero libre de enfermedades y la utilización de equipos sanitarios ayudan a reducir el número de contaminantes bacterianos de fuentes externas.

Para la producción de diferentes productos lácteos, se requiere tener un cultivo apropiado de microorganismos. El cultivo puro o el cultivo madre o el cultivo madre están disponibles en forma liofilizada o liofilizada.

Se pueden mantener cultivos madre de organismos deseados en los cultivos lácteos de estreptococos lácticos, Leuconostoc y Lactobacillus. Por otro lado, el cultivo iniciador se produce mezclando 2% de cultivo puro en 600 ml de leche. Esto se calienta a 88 ° C durante 30 minutos y luego se enfría a 2 ° C y se incuba para dar un cultivo iniciador.

Microbiología de la industria láctea y láctea:

La leche es segregada por los mamíferos para el alimento de sus pequeños. Se encuentra en forma líquida sin tener calostro. La leche contiene agua, grasa, proteína y lactosa. Alrededor del 80-85% de las proteínas es proteína de caseína.

Microbiología del queso.

La gran cantidad de microorganismos juega un papel en el proceso de maduración. En el primer día del proceso de elaboración del queso, el número de microbios en el material de partida varía de uno a dos mil millones de g ^-1 . Por lo tanto, la producción disminuye debido a la falta de oxígeno, alta acidez y la presencia de compuestos inhibidores que se producen a medida que el queso madura.

Es principalmente la acción de sus enzimas celulares sobre la lactosa, grasa y proteínas lo que crea el sabor del queso maduro. El cultivo formador de gas de Propionibacterium shermanii es esencial para dar a los quesos suizos su ojo, orificios y sabor. La especificidad del queso depende de las variedades de microorganismos utilizados.

El proceso de elaboración del queso, implica nueve pasos:

(a) preparar la leche,

(b) formando una cuajada,

(d) cocinar,

(e) separar el suero,

(f) salado del residuo,

(g) aplicar microbios,

(h) presionando la cuajada,

(i) maduración del queso joven.

En su mayoría, un queso madurado se elabora con leche cruda o pasteurizada que debe mantenerse durante al menos 60 días. Durante ese tiempo, la sal, la acidez, los compuestos metabólicos de maduración y la ausencia de oxígeno generalmente destruyen el organismo que envenena los alimentos.

Durante la preparación de la leche, se pueden agregar algunos agentes colorantes que incluyen P-caroteno y extractos de plantas, por ejemplo, Bixa orellana y Capsium spp. La leche se transforma en cuajada suave y sólida, más comúnmente conocida como quimosina, que convierte la cuajada de leche a 32 ° C en 30 minutos.

El cuajo se puede extraer de Mucor miehei, M. pusillus y Endothica parasiticus. El cuajo ataca la caseína y forma celosía o cuajada. La proteína en esta cuajada de quimosina se llama paracaseína, ya que está unida en gran parte al calcio, aparece inicialmente como paracaseína dicálcica. En el tercer paso, las cuchillas de alambre o las barras de corte se utilizan para reducir el lecho grande de cuajada en cubos pequeños de 1.5 cm.

Este paso aumenta la superficie. Durante el período de cocción, los pequeños cubos se contraen y expulsan el suero. Para el queso cheddar y los quesos relacionados, la temperatura óptima es de 37 ° C, mientras que las cuajadas de Emmentaler y Gruyere se cocinan a aproximadamente 54 ° C. La cocción continúa por un período que va desde 1 hora hasta una hora y media.

El siguiente proceso es la salazón donde el productor de queso aplica sal seca a la cuajada. El queso inmaduro en salmuera saturada se sumerge durante aproximadamente 2 a 72 horas. En la etapa de prensado, a veces se aplica presión externa sobre la cuajada húmeda y tibia que está confinada en forma de madera, plástico o metal o en una bolsa de tela. Presionar es el final de la fase preparatoria de hacer un queso madurado.

v. microbiología celular:

Se hizo una revolución en la medicina y en la ciencia clínica después de la introducción de antibióticos en los años cincuenta y sesenta. Durante este período, se realizó un pequeño trabajo sobre el mecanismo involucrado, es decir, cómo las bacterias infectan al huésped multicelular y desarrollan la enfermedad.

En la década de 1990 quedó claro que, a pesar del uso de antibióticos para matar bacterias, cada año mueren 3 millones de personas debido a la tuberculosis, 3-4 millones debido a la diarrea, 1-2 millones debido a la malaria, la hepatitis y el sarampión y millones por otros Enfermedades en todo el mundo. También se reportaron algunas nuevas enfermedades bacterianas; por ejemplo, Helicobacter pylori, el agente causal de la úlcera gástrica, y E. coli 0157 que causa diarrea.

Se ha prestado mucha atención a las infecciones bacterianas estimuladas por la creciente resistencia de las bacterias a los antibióticos. Esto sucedió en un momento en que los avances en microbiología, biología molecular y biología de células eucariotas pueden dar respuesta a posibles preguntas sobre el proceso de infección.

Cossart (1996) acuñó el término microbiología celular sintetizando las tres disciplinas relacionadas (biología celular, biología molecular y microbiología). Sin embargo, individualmente la biología celular; La biología molecular y la microbiología se están estudiando en detalle como temas separados. Pero la microbiología celular cierra la brecha entre estas dos disciplinas y proporciona una síntesis actual de la ciencia relevante.

El estudio de la microbiología ha avanzado en el conocimiento de la inmunología de cómo las bacterias desencadenan el sistema inmunológico y los linfocitos T reconocen el antígeno y cómo las exotoxinas bacterianas afectan a las células eucarióticas. Avances en biología molecular retroalimentados en microbiología.

¿Es obvio cómo las bacterias producen moléculas de señalización intercelular para determinar la densidad celular? Se han hecho muchos avances en el desarrollo de técnicas en biología molecular, por ejemplo, secuenciación de 16S rRNA, tecnología de expresión in situ, mutagénesis marcada con la marca h, PCR de visualización diferencial (DD-PCR), análisis de dos híbridos de levadura y visualización de fagos.

Nota # 7. Microbios en Microbiología Ambiental:

Los microbios se distribuyen en todas partes, es decir, en el suelo, el agua y el aire, incluso cuando están presentes en las profundidades de la tierra, como en las profundidades de los respiraderos marinos. Los microbios desempeñan un papel importante en el reciclaje de elementos biológicos como oxígeno, carbono, nitrógeno, azufre y fósforo.

yo. Microbios en ciclos biogeoquímicos:

El oxígeno comprende el 70 por ciento del peso de la célula y más del 23% de oxígeno está presente en la atmósfera, que está disponible para todos los microbios. Por otro lado, el oxígeno se encuentra en depósitos minerales como sales de carbonatos, silicatos, aluminatos y otros óxidos.

Alrededor del 80% del oxígeno no está disponible para los organismos biológicos. Las cianobacterias, los heterótrofos y los quimiolitotrofos lo utilizan. El agua es un producto de procesos aeróbicos, por lo tanto, de nuevo permanece disponible para la fotosíntesis.

Alrededor del 20% del carbono de la Tierra es un compuesto orgánico, y menos del 1% está en combustibles fósiles como el petróleo, el carbón, etc. El carbono está presente en forma de CO2 en la atmósfera. El CO ₂ se produce durante la quema de combustibles fósiles, preparaciones biológicas y descomposición microbiana.

Los microorganismos fotosintéticos y quimiosintéticos convierten el CO ₂ en carbono orgánico. El metano (CH ₄ ) se genera anaeróbicamente a partir de CO2 y H2 por medio de arqueas metanogénicas. Las bacterias y los hongos del suelo utilizan principalmente materia orgánica presente en el suelo.

Sin la acción ciclista de estos microbios, la vida en este planeta sufriría debido a la falta de disponibilidad de nutrientes esenciales para la vida. Los microbios a través de su maquinaria enzimática son capaces de liberar productos solubles, haciéndolos disponibles para microbios y plantas. Los restos muertos de plantas y animales son descompuestos por microbios.

Alrededor del 78% de N está presente en la atmósfera, mientras que el 9-15 por ciento del peso seco de una célula contiene un elemento celular esencial N que contiene aminoácidos, ácido nucleico y en algunas coenzimas. Las formas inorgánicas de nitrógeno están interconvertidas por las actividades metabólicas de los microorganismos, que mantienen el equilibrio natural de nitrógeno.

Las bacterias fijadoras de nitrógeno reducen el gas nitrógeno (N ₂ ) al amoníaco requerido para el crecimiento de la planta. Algo de nitrógeno orgánico (aminoácido, ácido nucleico) se recicla mediante el proceso llamado amonificación. El amoníaco producido se incorpora a la biomasa o se convierte en el sustrato para la nitrificación. La oxidación aeróbica de amoníaco a nitrato (NO ₃ ^- ) se lleva a cabo mediante bacterias nitrificantes representadas por Nitrosomonas y Nitrosococcus.

ii. Microbios en microbiología de la contaminación:

Examen de ambientes acuáticos donde la eutrofización está activamente en curso de varias fascinantes variedades de microorganismos. Entre estos se encuentran los protozoos, las algas y los menos evidentes visualmente, pero no menos importantes funcionalmente son los organismos no móviles y las formas más pequeñas, incluidos los hongos y las bacterias, y ciertos virus también muestran su presencia si se adoptan procedimientos especiales para la detección.

Los virus que infectan a todos los grupos biológicos influyen en los problemas de contaminación del agua. Los virus de plantas y algas pueden prevenir el desarrollo ilimitado del huésped. Se ha sugerido que el crecimiento excesivo de algas azul-verdes podría controlarse mediante la siembra de virus específicos (virus LPP y AS).

De manera similar, los virus bacterianos (bacteriófagos) pueden ayudar a controlar el tamaño de la población bacteriana a través del análisis de grupos susceptibles. De especial interés, el posible papel de los bacteriófagos es la destrucción de bacterias patógenas para el hombre y los indicadores bacterianos de la contaminación fecal. Por otro lado, las bacterias son especialmente adecuadas para explotar una amplia gama de oportunidades ambientales.

Las bacterias juegan un papel importante en la descomposición de los residuos. Algunos actinomicetos habitan en los lodos de los lagos, pero en general los actinomicetos no parecen ser responsables del olor a tierra tan notable después del arado.

El tratamiento biológico de aguas residuales y la auto purificación tienen mucho en común. Ambos resultan en la mineralización de contaminantes orgánicos y en la utilización de oxígeno disuelto. Las asociaciones microbianas complejas desempeñan un papel importante en la auto-purificación, y tales comunidades dominan la ecología de las plantas de tratamiento.

Algunas moléculas orgánicas presentes en los efluentes industriales se descomponen fácilmente por una variedad de microorganismos, mientras que algunos compuestos parecen resistir completamente el ataque biológico.

Nota # 8. Aplicaciones informáticas en microbiología:

Las computadoras pueden cumplir una variedad de funciones en el control y análisis de procesos de fermentación.

yo. Optimización a través del ordenador:

Las computadoras se utilizan para ampliar, almacenar y evaluar los parámetros de fermentación y medir los efectos de los parámetros individuales en el comportamiento metabólico de los cultivos.

ii. Control vía computadora:

Las computadoras pueden controlar los procesos de fermentación. El control de fermentación en línea se usa ampliamente en la escala de producción en muchas empresas.

Las aplicaciones informáticas en microbiología aún no están tan extendidas como en la industria química por varias razones. Los sensores adecuados para uso en sistemas estériles aún no son lo suficientemente confiables para aprovechar la capacidad de la computadora y la biosíntesis.

La regulación de la formación de metabolitos aún no se conoce completamente. La reducción de los costos de fermentación mediante el uso de computadoras es difícil de calcular. Por lo tanto, en microbiología, las computadoras se utilizan principalmente para la adquisición de datos, el análisis de datos y el desarrollo de modelos de fermentación.

(a) Adquisición de datos:

Los datos se pueden adquirir directamente en el fermentador con sensores en línea. La información adquirida puede ser como pH, temperatura, presión, viscosidad, peso del fermentador, consumo de energía, tasa de aireación y contenido de O ₂ y CO ₂ en la corriente de gas. Se pueden obtener otros datos a partir de mediciones de laboratorio y enviarlos a la computadora fuera de línea, por ejemplo, concentración de biomasa, contenido de nutrientes, formación de metabolitos.

Esta información se puede ingresar como datos sin procesar y la computadora puede convertirla en unidades estándar, por ejemplo, para ajustar los volúmenes para una temperatura estándar, los datos de corrección de temperatura pueden usarse para calcular la tasa de aireación real para un sistema de producción.

Se puede buscar un sistema de alarma en el sistema de adquisición de datos para informar a la operadora cuando ocurren desviaciones del valor estándar. Los datos sobre el curso de la fermentación pueden almacenarse, recuperarse e imprimirse y los cálculos del producto pueden documentarse.

(b) Análisis de datos:

Los datos ingresados o medidos se utilizan en cálculos como la tasa de formación de CO ₂, la tasa _de absorción de O ₂, el cociente respiratorio, la tasa de captación del sustrato específico, el coeficiente de rendimiento, el balance de calor, la productividad, la captación de energía específica del volumen y el número de Reynold.

Cuando la biomasa no se mide continuamente, la concentración de biomasa se puede calcular a través de la tasa de absorción de O ₂ . Se supone que se conocen la constante de rendimiento y la proporción de O ₂ necesaria para el metabolismo de mantenimiento. Los cálculos deben ajustarse si, por ejemplo, se forman metabolitos secundarios o la constante de rendimiento cambia durante la fermentación.

Después de la fermentación a diferentes pH y niveles de temperatura, se calculan las “curvas de isoproducción y isotima”. Los campos se dan como porcentaje de la producción menor en comparación con el título máximo de eritromicina. Este gráfico permite determinar la productividad óptima (tiempo de producción / fermentación) para un conjunto dado de condiciones operativas.

iii. Software:

Un buen número de software están disponibles en el mercado, como MENTOR por LSLBILAFITTE, MFCSAVin por B. BRAUN BIOTECH, AFS BioComond por New BRUNSWICK SCIENTIFIC, que se utilizan en laboratorio, así como en fermentadores a escala piloto o industrial. La mayoría de los softwares son suministrados por fabricantes de fermentadores. Algunos de los programas son capaces de detectar automáticamente la configuración del controlador en los fermentadores.

Estos programas también se utilizan para regular la tasa de dilución, calcular la tasa de crecimiento, interactuar con otros dispositivos, como análisis y archivo de datos para validación. Estos registros de programas de software generalmente se escriben en los lenguajes Básico, Pascal o C. Pero para superar varias dificultades, MS Window se está utilizando como una plataforma general para la fabricación de programas de software para laboratorio y versiones NT para fermentadores a gran escala.

La importancia de estos dispositivos ayuda a proteger la interfaz entre los programas externos basados en la ventana de MS y el programa en tiempo real. Se han desarrollado varios enfoques de control diferentes para las estrategias de control basadas en modelos y el control adaptativo; Por lo tanto, ofrece un mayor margen para el control efectivo de los procesos de fermentación.

Nota # 9. Algas en microbiología:

Las algas comprenden un conjunto grande y heterogéneo de eucariotas relativamente simples que tienen poco en común, excepto su tipo característico de fotosíntesis que evoluciona con oxígeno. Pueden definirse como los pequeños autótrofos que no muestran ninguna diferenciación celular y sus órganos sexuales son unicelulares y, si son multicelulares, todas las células son fértiles.

Aunque la mayoría de los grupos taxonómicos de algas incluyen organismos macroscópicos multicelulares que se consideran plantas y se colocan bajo el reino de las plantas, hay una gran cantidad de formas microscópicas unicelulares en la mayoría de los grupos taxonómicos que pertenecen al ámbito de la microbiología y se incluyen entre los microorganismos como microalgas. '.

Las algas constituyen un componente muy importante de la biosfera al servir como productores primarios de materia orgánica y oxígeno, y son de ocurrencia universal.

Se encuentran en gran abundancia en agua dulce (lago, estanques, arroyos, etc.) y hábitats marinos; El agua dulce y las formas marinas unicelulares de algas que crecen en forma de plancton producen una gran cantidad de materia orgánica y oxígeno. Aproximadamente el 80% del oxígeno de la tierra ha sido producido por tales algas planctónicas.

Las algas también se encuentran en el suelo húmedo, en las rocas, en las plantas e incluso en los animales. Algunas algas crecen en la nieve y el hielo de las regiones polares, otras en aguas termales a temperaturas tan altas como 90 ° C. Las algas también se encuentran creciendo endofíticamente en protozoos, hidras, esponjas y corales. Aunque la mayoría de las algas son formas fotoautotróficas, heterotróficas y holozoicas de algas no son infrecuentes.

Sin embargo, las características distintivas de las algas son las siguientes:

yo. En su mayoría son fotoautótrofos, es decir, sintetizan sus alimentos por sí mismos a través de la fotosíntesis.

ii. Principalmente habitan en hábitats acuáticos.

iii. El cuerpo vegetativo no muestra ninguna diferenciación en varios sistemas de tejidos.

iv. Poseen principalmente órganos sexuales unicelulares sin una cubierta de células estériles a su alrededor. Las células de la chaqueta, si están presentes, tienen iniciales diferentes.

v. Muestran progresiva complejidad en la reproducción.

vi. No desarrollan embrión después de la fusión de gametos durante la reproducción sexual.

vii Muestran distinta alternancia de generaciones.

Nota # 10. Hongos en Microbiología:

Hay alrededor de dos millones de tipos de organismos vivos en la tierra, de los cuales los hongos constituyen aproximadamente 70, 000 especies, y muchos más esperan ser descubiertos. Hawksworth (1991) estimó que a nivel mundial hay alrededor de 1.5 millones de especies de hongos.

La tremenda discrepancia entre el número de especies conocidas y estimadas de hongos parece relacionarse con el hecho de que ha habido un muestreo lamentablemente inadecuado de hongos en muchas partes del mundo, especialmente en las regiones tropicales y subtropicales.

El interés del hombre por los hongos comenzó con la observación de los hermosos hongos en forma de paraguas y los hongos que crecen en los suelos formando "anillos de hadas". Los antiguos griegos y romanos, y seguramente sus contemporáneos menos civilizados, eran aficionados a las trufas, los champiñones y las bolas de hojaldre.

Los champiñones se convirtieron en tales manjares que fueron el único alimento que los ricos insistieron en cocinar ellos mismos. Los antiguos griegos y romanos también conocían casos de intoxicación accidental por hongos desde el año 500 a.

Los miembros comestibles se llamaban "setas", mientras que las variedades venenosas se denominaban "setas". El término "toadstool" es una distorsión de la palabra alemana "Todestuhl" que significa literalmente "silla de la muerte".

Aunque el interés del hombre en los hongos comenzó hace miles de años como se mencionó anteriormente, el estudio sistemático se manifestó hace solo unos cientos de años cuando se desarrolló el microscopio. PA Micheli (1679-1737), un botánico italiano, hizo un uso completo del microscopio e hizo un extenso estudio de los hongos y sus estructuras reproductivas, y publicó en 1729 la primera literatura auténtica sobre hongos llamada 'Nova Genera Plantarum'.

Por esta y otras contribuciones, PA Micheli obtuvo el honor de ser llamada la fundadora de la micología; La micología es la ciencia de los estudios fúngicos. El término 'Mycology' (Gk. Mykes = seta, logos = discurso) es una palabra griega que se considera derivada de una gran civilización: la micénica.

Los hongos son eucariotas ubicuos que son versátiles en virtud de su alto grado de adaptabilidad en cualquier hábitat concebible. Cualquier cosa que pueda descomponerse para producir energía encontrará algunos hongos para colonizarla.

Dado que los hongos varían en las formas, el comportamiento y los ciclos de vida en función de sus diversos hábitats, es muy difícil definir los límites exactos de los hongos. Sin embargo, los micólogos de la actualidad han dado las siguientes líneas para definir un hongo.

Los hongos son los organismos que son "eucarióticos, aclorófilos con nutrición absorbente, portadores de esporas y reproductores generalmente asexuales y sexuales, y cuyas estructuras somáticas filamentosas y ramificadas (llamadas hifas) están típicamente rodeadas por paredes celulares que contienen quitina, celulosa o ambas Junto con muchos otros carbohidratos complejos ".

Aunque los hongos comparten con las plantas la posesión de una pared celular, vacuolas intracelulares llenas de líquido, la transmisión microscópicamente visible del citoplasma y la falta de motilidad, están claramente delineadas a partir de las plantas y otros autótrofos porque el cuerpo vegetativo, o hifa, nunca se diferencia en tallo, raíz y hojas y, lo más importante de todo, no tiene tejidos especializados para el transporte interno de agua y nutrientes.

Sin embargo, las siguientes son las características más destacadas de los organismos llamados hongos:

yo. El cuerpo vegetativo (talo) suele estar representado por un filamento llamado hifa (hifas); las hifas juntas se denominan micelio (pl. micelios). Las hifas son septetas o no septetas.

ii. La pared celular está compuesta principalmente de quitina, a menudo llamada 'hongo celulosa'.

iii. El cuerpo vegetativo (talo) no se diferencia en raíz, tallo y hojas, y no tiene tejidos especializados para el transporte interno de agua y nutrientes.

iv. Todos los hongos carecen de clorofila, por lo que no pueden fabricar su propio material alimenticio. Se les llama como heterótrofos. Pueden ser parásitos o saprófitos.

v. Los alimentos se almacenan en forma de glucógeno.

vi. Tanto la reproducción asexual como la sexual se encuentran; La reproducción asexual es más frecuente.

vii La reproducción asexual se realiza principalmente por esporangiosporas y conidios (conidiosporas).

viii. La reproducción sexual se realiza mediante anteridia y oogonia o ascogonia. No se encuentran órganos reproductivos distintos en algunos ascomicetos y en casi todos los basidiomicetos; La sexualidad se completa mediante fusión hifal.

ix Todos los hongos tienen su estómago fuera de su cuerpo, es decir, disfrutan de la digestión extracelular del material alimenticio.

Nota # 11. Bacterias en microbiología:

Las bacterias son un grupo de organismos procarióticos o moneras que se caracterizan por una pared de peptidoglicano, un ADN compacto pero desnudo con alimentos embebidos y de reserva unidos a base de glucógeno y grasa. Leeuwenhoek descubrió las bacterias en 1676.

Tienen los siguientes rasgos (fig. 2.9):

yo. Básicamente forma unicelular.

ii. Pared celular de peptidoglicano.

iii. Recubrimiento de mucílago.

iv. Organización procariótica con ADN circular desnudo plegado para formar un nucleoide.

v. Nucleoide unido a una estructura membranosa llamada embebida por un tenedor en forma de Y.

vi. Vacuolas de savia ausentes. En cambio, las vacuolas de gas se producen en varios casos.

vii Membranas de células cubiertas de membrana, incluido el retículo endoplásmico, están ausentes.

viii. Los ribosomas son años 70 en la naturaleza.

ix La fisión binaria es el modo de multiplicación.

X. Nutrición variada que incluye fotoautotrófica, saprotrófica, parasitaria y quimioutotrófica. Las formas fotoautotróficas poseen bateroclorofila en lugar de la clorofila típica.

xi Los flagelos, si están presentes, son de una sola hebra. Están hechas de proteína llamada flagelina.

Las bacterias viven en el suelo, los arroyos, la comida, en nosotros y en prácticamente todos los lugares habitables (y algunos aparentemente habitables) de la tierra. Pueden hacer uso del vino, el yogur y el compost de jardín, y sin ellos ni siquiera podríamos digerir nuestros alimentos.

Todo el nitrógeno se perdería eventualmente en la atmósfera sin ellos. Las bacterias se utilizan cada vez más como herramientas de investigación y en biotecnología, y nos suministran ADN recombinante, enzimas y medicamentos de diseño. Cada vez los usamos más para deshacernos de los desechos tóxicos.

Las bacterias también pueden hacer que la respiración apeste, pudrirse los dientes, obstruir los pulmones, provocar la venganza de Moctezuma y matarlo si usted (o su médico) no tiene cuidado. Sin duda, ha oído hablar de Escherichia coli patógena y "bacterias que comen carne". Quizás también haya oído hablar de un número creciente de casos de tuberculosis resistente a los antibióticos y otras enfermedades de origen bacteriano.

La microbiología tiene algunos años emocionantes (quizás incluso aterradores) por delante. El campo abarca el estudio de virus, bacterias, hongos y protistas, sin embargo, hay mucho que hacer simplemente estudiando las bacterias.

Las bacterias son omnipresentes, y son de gran importancia para los científicos biológicos, médicos, ambientalistas, preparadores de alimentos y maestros cerveceros, y mucho menos para el resto de nosotros que hemos sufrido infecciones bacterianas en un momento u otro.

Las bacterias son los microorganismos más abundantes. Un puñado de tierra puede contener cientos y miles de ellos. Son ubicuos en todos los lugares donde está presente la materia orgánica: en el agua, el aire, el suelo, sobre y dentro de los cuerpos de diversos organismos. Pueden tolerar ambientes extremos como aguas termales, aguas congeladas, desiertos, océanos profundos, condiciones ácidas, alcalinas y saladas.

Actividades nocivas de las bacterias:

yo. El deterioro de los alimentos:

Las bacterias saprótricas causan la descomposición de las verduras, frutas, carne, pan, la leche, el queso, la mantequilla y el deterioro de las mermeladas, jaleas y pepinillos.

ii. Comida envenenada:

El botulismo es causado por una bacteria anaerobia Clostridium botulinum (= C. perfringens). La bacteria infecta los alimentos enlatados. La intoxicación alimentaria común es causada por Staphylococcus aureus. La intoxicación se acompaña de diarrea y vómitos. Otra es la salmonelosis, que generalmente se produce al comer carne contaminada. La bacteria que causa este tipo de envenenamiento es Salmonella enteridis y S. typhimurium.

iii. Deterioro de los artículos domésticos:

Spirochaete cytophaga deteriora las fibras de algodón, cuero y artículos de madera.

iv. Destrucción de la penicilina:

Bacillus brevis destruye la penicilina.

v. Desnitrificación de suelos:

Thiobacillus denitrificans y Micrococcus denitrificans convierten los nitratos del suelo en nitrógeno gaseoso.

vi. Desulfuración de suelos:

Desulfovibrio desulfuricans transforma los sulfatos del suelo en H2S.

vii Enfermedades:

Más del 90% de las enfermedades humanas y animales son causadas por bacterias y más del 40% de las enfermedades de las plantas se deben a ellas.

Nota # 12. Virus en microbiología:

Como las células vivas evolucionaron primero, los virus se encuentran dondequiera que exista la vida. El origen de los virus no se conoce porque no forman fósiles. Por lo tanto, las técnicas moleculares se utilizan para investigar su origen. Estas técnicas se basan en la disponibilidad de ADN o ARN viral antiguo. Pero desafortunadamente, la mayoría de los virus que se han conservado y almacenado en laboratorios tienen menos de 90 años.

El virus es un parásito en todo tipo de organismos. Infectan animales, plantas, bacterias, algas, insectos, etc. Hasta ahora, la naturaleza exacta de los virus es ambigua, ya sean organismos vivos o no vivos. Si observamos la vida, es un conjunto complejo de procesos que tienen lugar a través de la acción de proteínas gobernadas por el ácido nucleico.

El ácido nucleico de los organismos vivos es funcional en todo tiempo. Fuera de la célula viva, los virus permanecen inactivos. Por lo tanto, no se pueden decir como organismos vivos. Además, si consideramos las enfermedades causadas por ellas, actúan como patógenos contra bacterias, hongos, protozoos, etc. Por lo tanto, desde este ángulo, los virus pueden considerarse como organismos vivos excepcionalmente simples o como una agregación excepcionalmente compleja o sustancias químicas no vivas.

Entonces, ¿cómo se puede definir un virus? Son parásitos intracelulares especialmente pequeños, filtrables y obligados que requieren un huésped vivo para su multiplicación. Lwoff (1957) definió que "los virus son nucleoproteínas infecciosas, potencialmente patógenas con un solo tipo de ácido nucleico que se reproducen a partir de su material genético y son incapaces de crecer y dividirse, y carecen de enzimas".

Luna y Darntell (1968) definieron que "los virus son entidades, cuyo genoma completo son elementos de ácido nucleico que se replican dentro de las células vivas utilizando la maquinaria celular sintética y causan la síntesis de elementos especializados que pueden transferir el genoma viral a otra célula" .

Al definir los microorganismos, los virus se diferencian sobre la base de ciertos caracteres como se indica a continuación por Lwoff y Tournier (1962):

yo. Todos ellos son potencialmente infecciosos,

ii. Presencia de un solo ácido nucleico,

iii. Incapacidad para crecer solo el material genético,

iv. Reproducción a partir únicamente del material genético,

v. Ausencia de enzimas para el metabolismo energético (sistema Lipman),

vi. Ausencia de ribosomas.

vii Ausencia de información para la producción de enzimas en el ciclo energético,

viii. Ausencia de información para la síntesis de proteínas ribosómicas,

ix Ausencia de información para la síntesis de RNA ribosomal y tRNA soluble.

Note # 13. Instrumentation of Microbiology:

yo. Microscopy:

A dutch specialist of spectacle, Zoocharia Janssen (1590) used second lens and thus the image formed by primary lens was greatly enlarged of the order of 50 to 100 X. This is the basic principle on which modem compound microscope is based.

In 1610 Galileo invented some what “improved microscope”. Robert Hooke (1635- 1703) made and used a compound microscope in 1660s and published a book “Micrographia”. The highest magnification of it was 200 X but he did not observe bacteria.

A contemporary of Hooke, named Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) discovered unicellular, independently living microorganisms which he called “animalcules”. Obviously, they are protozoa and bacteria. Due to this achievement, he was called “father of microbiology”. Professionally Leeuwenhoek was a linen merchant. During his time he used to make minute, simple but powerful lenses.

This instruments were simple magnifying glasses, generally consisting of a small, single, biconvex, almost spherical lenses, but they gave magnification to about 300 X. The size of the objects which he examined was determined by comparison.

For this purpose he used sometimes grains of sand, seeds of millets or mustard or blood corpuscles, etc. In all, he made 419 lenses, some mounted in gold while most in brass. C. Huygens developed two lens eye pieces, while Abber (1840-1905) developed apochromatic objectives and sub-stage condenser.

The apochromatic are those which are relatively free from chromatic and spherical aberrations. The professional use of compound microscope was observed after 1820. The total magnification produced by modem objectives and ocular together, is the product of two magnifications. In addition to magnification, however, resolution is the ability to distinguish two adjacent points as separate.

ii . Colorimetry:

Most of the biochemical experiments involve the measurement of a compound or group of compounds present in a complex mixture. Probably the most widely used method for determining the concentration of biochemical compounds is colorimetry, which makes use of that when white light passes through a coloured solution, some wavelengths are absorbed more than others (Fig. 35.6).

Many compounds are not coloured, but can be converted into coloured compounds. Some of them are not coloured even after conversion but can be made to absorb light in the visible region by reaction with suitable reagents. These reactions are often specific and in most cases quite sensitive, so that quantities of material in the region of millimole per litre concentration can be measured.

The major advantage is that complete isolation of the compound is not necessary and the constituents of a complex mixture such as blood can be determined after little treatment. As discussed below the depth of colour is proportional to the concentration of the amount of light absorbed is proportional to the intensity of the colour and hence to the concentration. There are two laws on which the principle of colorimetry is based.

a. Lambert's Law:

When a ray of monochromatic light passes through an absorbing medium, its intensity decreases exponentially as the length of absorbing medium increases.

segundo. Beer's Law:

When a ray of monochromatic light passes through an absorbing medium its intensity decreases exponentially as the concentration of the absorbing medium increasing.

These two laws combined together are called Lambert-Beer law (Fig. 35.6).

Limitations of the Lambert-Beer Law:

Due to increase in concentration of the solution, sometimes a non-linear plot is obtained. This might be due to the reasons: (a) light must be narrowed, preferably monochromatic, (b) wavelength of the light used should be at the absorption maximum of the solution.

This also gives the greatest sensitivity, (c) there must be no ionization, association, dissociation or solvation of the solute with the concentration or time, (d) the solution is too concentrated to give intense colour.

The Photoelectric Colorimeter:

The basic arrangements of a typical colorimeter are shown in Fig. 35.7. In this instrument, when a white light from a tungston lamp passes through a slit, then a condenser lens, to give a parallel beam which falls on the solution under investigation contained in an absorption cell or cuvette. It is made of glass with the sides facing the beam cut parallel to each other. Generally, the cell samples are 1 cm square and will hold 3 ml liquid.

The absorption cell is followed by filter, which allows maximum transmission of the colour absorbed after selection. If a blue solution is under examination, then red is absorbed and a red filter is selected. The colour of the filter is, therefore, complementary to the colour of the solution under investigation. In some instruments the filter is located before the absorption cell.

The filters give narrow transmission bands and, therefore approximate to monochromatic light. After this, the light then falls onto a photocell which generates an electric current and is direct proportion to the intensity of light falling on it.

The electrical signal is increased in strength by the amplifier, and the amplified signal passes to a galvanometer, which is calibrated with a logarithmic scale so as to give absorbance readings directly in these systems, the blank solution is first put in the colorimeter and the galvanometer is adjusted to zero extinction, which is followed by the test solution and the extinction is read directly Now, a better method is to split the light beam, pass through the sample and the other through the blank.

After this balance the two circuits give zero deflection on the galvanometer. The extinction is determined from the potentiometer reading which balances the circuit.

iii. Tracer Technique:

Isotopes are used as tracers to trace the course of events. Such isotopes are stable ( ² H, ¹⁵ N, ¹⁸ O etc.) or unstable ( ³ H, ¹⁴ C, ³² P, ³⁵ S etc.). The latter emits ionizing radiations eg α-particles, β-particles, Ƴ-rays. X-rays etc. and thus can be detected easily by instruments (Geiger Muller Counter etc.) which can detect the ionization of the medium through which they pass. The former needs instruments like a mass spectrometer which with the help of a powerful magnetic field separates a heavy isotope from a lighter isotope.

The α-particles being helium nuclei are heavy and, therefore, cannot penetrate long distances, but are strongly ionizing. The β-particles are much lighter and travel distances depending on their energy. The y-rays and X-rays are even more penetrating. The unstable isotopes decay exponentially to stable forms and the time taken for half decay is known as the half life of the radioisotope.

Thus ¹³ N has a half life of 10.5 min, ³² P, 13.8 days, ³⁵ S, 85 days. ³ H, 10 yrs and ¹⁴ C, 5688 yrs. ³ H emits weak Y-rays (0.018 Mev) and ¹⁴ C (0.156 Mev) and ³² P, 1.6 MeV (1Mev = 1 million ev)emit strong rays. The energy of radiation, the half life of the isotope, the solubility and the metabolic role of its compounds are the major factors which determine the extent of health hazards of a radioisotope.

With appropriate precautions the radioisotopes can be handled, processed, detected and measured with practically no risk or hazard. The movement of a radioactive element in a compound can also be traced by autoradiography.

When the energetic particles emitted by a radioisotope hit a scintillating substance like Nal, ZnS, anthracene, etc. photons are ejected; these photons interact with the silver halides present in the photographic emulsion and produce the black spots as in conventional photography. This principle is also followed in scintillation counting.

The unit of ratioactivity is curie or Bequerel named after the discoverer. One Curie (Ci) is equivalent to 3.7 x 10 ¹⁰ disintegrations per second. One Bequerel (Bq) is 10 ¹⁰ dps. When counts are taken under identical conditions the activity in curies can be calculated directly by reference to a standard.

Working with radioisotopes involves considerable health hazard, unless adequate precautions are taken. Blood counts have to be taken periodically and film badges should always be worn when handling a radioisotope. Under no circumstances radioactive substances should come in contact with any part of the body.

Care should always be taken so that no radioactive gas is inhaled. No one should eat, drink or smoke in a radio-isotope laboratory. One should handle radioisotopes, particularly β-emitters like ³² p or α-emitters like ⁶⁰ CO some distance away from the source. µCi quantities are usually used in biological studies and these are less hazardous.

Washing should never be pooled down a sink. They should be dried inside a hood and kept in a bin maintained for this purpose. The contents of bin have to be buried under ground in a safe place or sent to the Bhabha Atomic Research Centre, Bombay.

Hands, aprons, table tops, etc. should be monitored regularly and decontaminated, if necessary. Headache, dizziness, abnormal blood counts, etc. are indications of radiation sickness. Work must be stopped and doctors consulted in such cases.

Preparation of Samples for Radioactivity Measurement Procedure:

(a) Transfer 0.1 ml of the radioactive substance in solution to the planchet. Allow it to spread; add a few drops of distilled water or ethanol (if the substance is water or alcohol soluble) and place under a heating lamp at a distance where no splattering takes place.

(b) Place the planchets inside Petri dishes, cool and count.

For Solid Samples:

(a) Weigh the empty planchet.

(b) Transfer the fine powder with a spatula carefully to the planchet and spread to cover the entire surface. Pad the surface gently until it appears to be smooth.

(c) Weigh the planchet with the powder. Substract the initial weight of the planchet. If the difference exceeds the minimum thickness for saturation, take counts. If not more powder has to be introduced and the sample prepared again.

iv. Chromatography:

Tswett (1903) defined chromatography as the process of separation of coloured substances but now-a-days it is performed on mixtures of coloured substances including gases.

The common feature to all the chromatography methods is the use of two phases:

(a) stationary phase

(b) mobile phase.

The separation of the coloured substance depends upon the two phases. On the basis of nature of the stationary phase, the classification is given below:

If the stationary phase is solid, the process is called adsorption while mobile phase is liquid called partition chromatography. The mobile phase may be either a liquid or gas.

On the basis of stationary and mobile phase, chromatography system is of four types:

(a) Liquid – solid (eg classical adsorption chromatography, TLC and ion-exchange)

(b) Gas-solid (eg gas solid chromatography)

(d) Gas-liquid (eg gas-liquid chromatography, capillary coloumn chromatography)

Classification Based on Methods:

The classification is based on phases (solid or liquid) called adsorption and partition. The adsorption phase may contain a mobile phase in liquid or gaseous form. Similarly the partition liquid chromatography has a liquid mobile phase or gaseous form of mobile phase called liquid-liquid chromatography and gas-liquid chromatography respectively.

All separations by chromatography depend on the fact that the substances to be separated distribute themselves between the mobile phase and the stationary phases in proportions which vary from one substance to another. The manner in which the substances are distributed is most conveniently discussed by referring to the 'sorption isotherm'.

Sorption Isotherm:

The amount of a particular substance taken up 'sorbed' by the stationary phase depends on the concentration is the mobile phase. The curve obtained by plotting the amount sorbed against concentration at constant temperature, is the 'sorption isotherm'.

The shape of the isotherm is one of the most important factors governing chromatography behaviour. The term 'sorption' includes the adsorption which refers to the increase in concentration at the interface between the mobile and the stationary (solid) phase, while absorption is the dissolution of a substance from a mobile phase into the liquid stationary phase.

v. Electro Focussing:

This is a latest technique for the separation or protein or you may express it as “electrophoresis in a pH gradient”. The proteins migrate in an electric field, but when they reach a point where the pH is the same as its isoionic point, their further movement is prevented. This is called electro focussing, because protein has been focussed to its isoionic point.