“El
cultivo puro es la base de todas las investigaciones
sobre enfermedades infecciosas”
El agar-agar se descubrió en 1658
en Japón de forma accidental, un posadero Minora Tarazaemon dejo la sopa de
algas caliente en una noche muy fría y a la mañana siguiente descubrió que se
había transformado en una masa sólida como una gelatina. En japonés se denominó
“kanten” que significa el “cielo congelado”. Esta palabra hace referencia a la
técnica de extracción artesanal de congelación y descongelación de este
producto. La denominación de agar-agar viene del idioma malayo, que significa
jalea y como es costumbre en las culturas de la polinesia se repite dos veces
la palabra para darle más énfasis. También se denomina gelatina vegetal para
distinguirla de la de procedencia animal. Desde entonces se extendió su uso por
otros países asiáticos como producto culinario. Los mercaderes holandeses lo
importaron a Europa, a mediados del siglo XIX, desde las costas asiáticas.
La introducción del agar-agar en el laboratorio de Bacteriología, como se denominaba entonces, fue a finales del siglo XIX y supuso un gran avance para el descubrimiento de las bacterias patógenas como voy a describir a continuación.
Los microorganismos existen desde hace más de 4000 millones de años, sin embargo hasta 1675 no fueron descubiertos. Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) era un rico comerciante holandés de telas y un gran experto en pulir lentes en sus ratos de ocio, además el uso de las lentes le era familiar ya que se utilizaban para comprobar la calidad de los tejidos (Figura 2). En sus observaciones con un microscopio simple, que había construido montando una lente esférica sobre placas de oro, plata o cobre, descubrió los microorganismos en una muestra de agua de su estanque, en la cual observó muchas criaturas pequeñas que pululaban, a las que denominó “animálculos”. Esta era la primera descripción de los microorganismos y sus dibujos han pasado a la Historia de la Microbiología gracias a su interés por comunicarlos a través de sus numerosas cartas, más de 300, a una sociedad científica de la época, la Royal Society de Londres.
El dibujo de los microorganismos en apariencia parece muy simple, pero encierra tres enseñanzas muy importantes: que los microorganismos tienen diferentes formas y tamaños (A, B, F y G), que algunos poseen movimiento (C – D) y que otros se agrupan en paquetes cúbicos (H) que se denominan sarcinas (Figura 3). En un principio los científicos ingleses no prestaron un gran interés a los relatos de sus observaciones, por venir de un hombre que no era culto y que no sabía la lengua de la Ciencia, que era el latín. Por otra parte esto fue una ventaja, ya que no estaba rodeado del misterio y secretismo que envolvía a los sabios de la época. En su comercio le gustaba mostrar varios microscopios con preparaciones para observar las muestras más diversas. Fue la primera persona que observó los espermatozoides de su propio semen, así como los glóbulos rojos y los microbios de la cavidad oral. Las anécdotas de la Historia de la Microbiología cuentan que un día fueron a su comercio unas señoras de la alta sociedad de Delft y les mostró al microscopio una muestra de su sarro dental, ante aquella visión de los “animálculos” quedaron horrorizadas y se fueron despavoridas.
El ántrax fue en la década de 1871-1881 el protagonista
de los descubrimientos biológicos. Cuando Koch cumplió 29 años su esposa, Emmy
Fraatz (1847-1913), le regaló un microscopio de la marca Carl Zeiss con el que
observó una gota de sangre de un animal afectado por el ántrax. En la preparación
vio glóbulos rojos y blancos y una especie de “bastoncillos” formando largas
cadenas que los denomino bacilos. Esta visión le sugirió la idea de que ese ser
microscópico podría producir la enfermedad. Inmediatamente se puso a cultivar
la sangre de los animales enfermos en un caldo de carne y a base de hacer diluciones logro un cultivo
puro del microorganismo. Este método era muy largo y tedioso y tenía que
encontrar otra técnica para aislar en cultivo puro el microorganismo causante
de la enfermedad, que generalmente no está solo en la muestra patológica. Se le
ocurrió hacer los cultivos sobre rodajas
de patata, que previamente había esterilizado. Sobre su superficie haciendo
estrías con un hilo de platino extendió la muestra y después de la incubación
aparecieron unas colonias macroscópicas, con unas características determinadas,
que suponía estaban formadas por millones de seres que se habían formado por la
multiplicación exponencial de un solo individuo. Otra técnica que utilizó para
lograr los cultivos puros fue añadir gelatina a un caldo de carne y dejarlo
solidificar sobre unas láminas o placas de cristal para
después sembrar la muestra por estría en superficie. Estas placas las
introducía luego en un aparato con una campana de cristal para evitar la contaminación
del aire (Figura 5). Con todas estas técnicas y los ensayos en ratones logro
descubrir en 1877 la primera bacteria patógena Bacillus anthracis y
demostrar que era la causante del ántrax o carbunco.
Todos estos trabajos le llevaron
a Koch a otro descubrimiento muy importante, que el bacilo del carbunco era
capaz de producir unas formas de resistencia denominadas esporas. Cada célula
microbiana producía una espora y su resistencia a los agentes antimicrobianos
físicos y químicos era mucho mayor que la de las células vegetativas, por lo
cual tuvieron que modificar y adaptar las técnicas de esterilización en el
laboratorio. Las esporas se forman cuando las condiciones ambientales no son
favorables para el crecimiento y multiplicación de las células vegetativas y
pueden permanecer en el suelo durante largos periodos de tiempo hasta su
germinación, para volver a formar las células vegetativas cuando las
condiciones sean favorables. Koch con todos estos datos encontró la causa por
la cual enfermaban tantos animales. La sangre y los restos de los cadáveres de
los animales muertos por carbunco se desparramaban por el suelo y los bacilos
se transformaban en esporas. Con los pastos los animales ingerían las esporas
del suelo causando brotes esporádicos. Una vez en el intestino las esporas germinaban y volvían
a formarse los bacilos que producían la enfermedad, volviéndose a cerrar el
ciclo.
Las esporas de carbunco han sido protagonistas en este siglo XXI de una nueva forma de contraer la enfermedad por inoculación de droga contaminada, como sucedió con la heroína. Bacillus anthracis es un microorganismo fácil de manejar en el laboratorio y barato de cultivar en grandes cantidades, para luego formar las esporas. Por sus características está incluido en la lista de los agentes biológicos que tienen “potencial para ser una severa amenaza a la salud y seguridad pública ” y es uno de los agentes que se puede utilizar con más probabilidad en casos de Bioterrorismo. Las esporas se han utilizado en guerras y más recientemente, en 2001, a través de envíos postales, mezcladas con harina, a políticos y periodistas en los Estados Unidos de América.
Los descubrimientos de Koch
hicieron que pasara, en 1881, de ser un desconocido médico rural a dirigir el
Instituto de Salud Imperial en Berlín. El laboratorio que Koch tenía en su casa
era muy sencillo y no tenía equipamiento y por supuesto medidas de seguridad
para el tipo de experimentos que realizaba. La imperial Alemania del II Reich
era una potencia política y militar fuerte y decidió apoyar sus investigaciones
por la enorme importancia social y económica que tenían. En este nuevo
laboratorio se rodeo de unos ayudantes entusiasmados por esta nueva Ciencia,
que siguiendo la estela del maestro han pasado a la Historia de la
Microbiología por sus descubrimientos. El profesor solía decir “que una vez hallados los métodos, los
descubrimientos me cayeron en el regazo como fruta madura ”. Entre sus
discípulos voy a citar solo a dos Walter
Hesse (1846-1911) y Julius Richard Petri (1852-1921). Sus aportaciones técnicas
que voy a describir a continuación, todavía están vigentes, en este momento, en
los laboratorios de Microbiología y conservan su lugar y utilidad en el
diagnóstico clínico de enfermedades producidas por bacterias y hongos, en una
época donde se han desarrollado técnicas
genéticas muy usadas, como la PCR (Reacción en cadena de la polimerasa).
Otra enfermedad que preocupaba en
esa época era la tuberculosis y todos los esfuerzos de Koch y parte de su
equipo se centraron en descubrir el agente productor de esta enfermedad. Para
poderlo estudiar era necesario aislar el germen, como se decía entonces, en
cultivo puro en el laboratorio y luego ensayar su poder patógeno en animales,
ratones y cobayas. Los medios de cultivo de caldo de carne con gelatina tenían
el problema de que esta sustancia tiene un punto de fusión muy bajo (35º C) y las
estufas para el cultivo de estas bacterias están a una temperatura de 37 a 38ºC
y algunas veces más altas. Además
algunos microorganismos hidrolizan la gelatina “se comen la gelatina” y al cabo
de unas horas en la estufa el medio de cultivo se convierte en un líquido
turbio que hacía imposible el aislamiento. Un ayudante del laboratorio, Hesse,
al llegar a su casa comento este problema técnico a su esposa Fanny y ella le
dio un consejo práctico con el cual se resolvió esta cuestión, usar agar-agar
para solidificar los medios de cultivo. Por esa importante aportación este
matrimonio ha pasado a la Historia de la Microbiología (Figura 6).
Koch expuso estos métodos de
cultivo en un Congreso Internacional de Medicina en Londres en agosto de 1881 y
con ellos pudo aislar en cultivo puro y estudiar el agente productor de la
tuberculosis, Mycobacterium tuberculosis.
En una publicación de 1882, titulada: “Die Ätiologie der Tuberkulose”, se
describió por primera vez el uso del agar-agar en Microbiología. Esta bacteria
fue descubierta ese mismo año y el 24 de marzo de 1882 expuso
públicamente sus resultados en la Sociedad Fisiológica de Berlín en una
ponencia con este título: “Über Tuberculose”. Esta bacteria es conocida
generalmente con el epónimo de bacilo de Koch en honor de su descubridor y
desde esa fecha se celebra el 24 de marzo el Día Mundial de la Tuberculosis.
Todos los hallazgos encontrados por Koch fueron expuestos en 1890 en el X
Congreso Internacional de Medicina en Berlín y en 1901 en el Congreso Internacional de
Tuberculosis en Londres (Figura 7).
Un avance importante en esos años para el aislamiento y cultivo de los microorganismos fue idea de otro ayudante del laboratorio de Koch, Julius Richard Petri. Con el objeto de mejorar las técnicas de cultivo se le ocurrió diseñar unas cajitas de cristal redondas de unos 22 centimetros de diámetro para solidificar dentro de ellas los medios de cultivo que contenían agar-agar. Con ello terminó con la utilización de las engorrosas láminas de cristal cubiertas con campanas del mismo material que se utilizaban esta entonces. En 1887, Petri publicó un artículo donde describía esta pequeña modificación a la técnica de cultivo usada por Koch, titulado: “Eine kleine Modifikation der Koch´schen Plattenverfahrens” (Figura 8).
Las cajas o placas de Petri como
se denominan hasta la actualidad son utilizadas a diario en los laboratorios de
Microbiología para el estudio de los microorganismos. Ahora que estamos en la
época del plástico las placas son exactamente iguales que las primeras, pero de
este material desechable (Figuras 9 y 10).
El agar-agar se sigue utilizando desde 1881, todavía en el laboratorio de Microbiología
para el cultivo de bacterias, hongos y virus, que infectan a las bacterias,
denominados bacteriófagos, que significa que “comen bacterias”. Las múltiples
aplicaciones que tiene se deben a sus propiedades, algunas de gran importancia,
como su gran histéresis térmica por el amplio rango entre el punto de
solidificación (32 a 45ºC) y de fusión (85 a 95ºC), con lo cual se resolvió el
problema de la utilización de la gelatina de origen animal para solidificar los
medios de cultivo. Además forma un gel duro y transparente, muy pocos
microorganismos degradan este compuesto y todo esto le hace muy útil en las
investigaciones clínicas, aplicadas o básicas que se llevan a cabo en un
laboratorio del siglo XXI.
En estos tiempos que estamos
viviendo la Microbiología vuelve a ser la protagonista que marca el ritmo de
nuestras vidas, por un virus que por su gran poder infectivo se ha extendido
por todo el mundo. Confiemos en los científicos actuales que, como en una
carrera de relevos, portan la antorcha de la Ciencia como continuadores de los
viejos maestros que desde finales del siglo XIX los han precedido en el
progreso de la Microbiología, para beneficio de la Humanidad y hagan que
salgamos lo más pronto posible de esta pandemia.
Autora: María Ángeles Mosso Romeo
Profesora Departamento de Microbiología II
Facultad de Farmacia
Universidad Complutense de Madrid
Lo he leído con mucha paciencia, gracias. Qué importante es esta alga en nuestra vida! Y si descubrimiento y adaptación. Hurra a todos/as microbiologistos/as.
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