Por más repulsivos que parezcan, Las bacterias juegan un papel crucial para ayudar a la humanidad a prosperar. Alexander Raths / iStock / Thinkstock Como un ser humano que respira y lee, se está beneficiando de las bacterias en este mismo momento.
Desde el oxígeno que inhalamos hasta los nutrientes que nuestro estómago extrae de los alimentos, tenemos que agradecer a las bacterias por prosperar en este planeta. En nuestros cuerpos los microorganismos, incluidas las bacterias, superan en número a nuestras propias células humanas de 10 a 1, haciéndonos más microbio que hombre [fuente:Savage].
Solo recientemente hemos comenzado a comprender completamente estos organismos microscópicos y su impacto en nuestro planeta y la salud, pero la historia sugiere que nuestros antepasados hace siglos estaban aprovechando el poder de las bacterias para fermentar alimentos y bebidas (cerveza y pan, ¿alguien?).
No fue hasta el siglo XVII que comenzamos a ver las bacterias de manera cercana y personal en un lugar igualmente cercano y personal:la boca humana. El siempre curioso Anton van Leeuwenhoek descubrió bacterias mientras examinaba una muestra de placa entre sus propios dientes. Se vuelve poético en sus escritos, describiendo la colonia de bacterias en su blanco nacarado como "un poco de materia blanca, que es tan espesa como si fuera una masa "[fuente:Dobell]. Después de colocar la muestra bajo un microscopio compuesto, van Leeuwenhoek vio que los microbios se movían. ¡Está vivo!
En efecto, las bacterias cambiaron las reglas del juego para la Tierra, jugando un papel clave en la creación de aire respirable y el planeta biológicamente rico que llamamos hogar.
En este articulo, le daremos un panorama general sobre estos microorganismos diminutos pero influyentes. Miraremos lo bueno las formas malas y completamente extrañas en que las bacterias han moldeado la historia humana y nuestro medio ambiente. Empezar, le daremos la verdad sobre lo que hace que las bacterias sean diferentes de otros tipos de vida.
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Las bacterias carecen del núcleo que las células de los seres humanos, los animales y las plantas tienen, lo que significa que son células procariotas. ttsz / iStock / Thinkstock Si una sola bacteria no es visible a simple vista, ¿Cómo podemos saber tanto al respecto?
Los científicos han desarrollado poderosos microscopios para magnificar bacterias, que generalmente varían de una a un puñado de micrones (una millonésima parte de un metro) de longitud. dándonos un vistazo a su funcionamiento interno y cómo se comparan con otras formas de vida como las plantas, animales virus y hongos.
Como ya sabrás, las células actúan como los componentes básicos de la vida, ya sea que componen nuestros propios tejidos o una rama de árbol fuera de su ventana. Humanos Los animales y las plantas tienen células con información genética contenidas en un tipo de membrana llamada núcleo . Estos tipos de células, llamado células eucariotas , tienen orgánulos especializados, cada uno con un trabajo único para mantener la célula funcionando y saludable.
Bacterias sin embargo, falta un núcleo, y su material genético, o ADN, flota libremente dentro de la celda. Estas células microscópicas no tienen orgánulos y poseen diferentes métodos para reproducir e intercambiar material genético. Las bacterias se clasifican como procariota células .
Dejando a un lado las categorías básicas, Los científicos también colocan bacterias en diferentes campos basándose en:
Microbiología:el estudio de todos los diferentes tipos de microbios, incluidas las bacterias, arqueas hongos virus y protozoos:ha aprovechado una creciente riqueza de conocimientos para distinguir aún más las bacterias de sus hermanos microbianos.
Organismos procariotas similares ahora clasificados en el dominio arqueas antes estaban agrupados con bacterias, pero una vez que los investigadores aprendieron más sobre ellos, le dieron a los microbios en arqueas su propia categoría por sus similitudes con las células eucariotas.
Las cianobacterias comen la luz del sol en el desayuno para generar oxígeno. Auscape / Universal Images Group / Getty Images Como humanos plantas y animales, las bacterias necesitan alimento para sobrevivir.
Algunas bacterias son autótrofos , lo que significa que utilizan insumos básicos como la luz solar, agua y productos químicos del medio ambiente para crear alimentos (piense en las cianobacterias, que han convertido la luz solar en oxígeno durante aproximadamente 2,5 millones de años) [fuente:Konhauser et al.]. Otras bacterias son lo que los investigadores llaman heterótrofos porque extraen energía de la materia orgánica existente para alimentarse (piense en las hojas muertas en el suelo del bosque).
La verdad es, lo que podría resultar apetitoso para las bacterias probablemente nos resulte repulsivo. Han evolucionado para prosperar en todo tipo de cosas, desde derrames de petróleo y subproductos nucleares hasta desechos humanos y materia en descomposición.
Pero la inclinación de las bacterias por una fuente de alimento en particular puede beneficiar a la sociedad. Por ejemplo, los expertos en arte en Italia recurrieron a las bacterias para devorar el exceso de capas de sal y pegamento que amenazaban la longevidad de obras de arte de valor incalculable [fuente:Asociación RUVID]. La habilidad de las bacterias para reciclar la materia orgánica también es útil, especialmente considerando su tremendo papel como recicladores de la superficie de la Tierra, tanto en el suelo como en el agua.
Diariamente, es posible que esté muy familiarizado con los efectos de las bacterias hambrientas que inducen el mal olor debido a ese mal olor en su bote de basura mientras se llevan las sobras, descomponiéndolos y liberando sus propios subproductos gaseosos. No se detiene ahí aunque. También tiene bacterias a las que culpar por esos momentos que llaman a la naturaleza (sí, flatulencia), cuando las bacterias en su intestino liberan metano maloliente durante la digestión.
Esta biopelícula, una masa pegajosa de bacterias, contiene Legionella pneumophila y Hartmannella vermiformis . BSIP / Universal Images Group / Getty Images Las bacterias crecen y forman colonias cuando se les da la oportunidad. Si las condiciones ambientales y alimentarias son favorables, se reproducirán y formarán agregaciones pegajosas llamadas biopelículas para sobrevivir en una variedad de superficies, desde rocas en un arroyo hasta molares en la boca.
Las biopelículas tienen sus ventajas y sus problemas. Por un lado, son jugadores que se benefician mutuamente en la naturaleza. Por otra parte, pueden ser una seria amenaza. Por ejemplo, los médicos que tratan a pacientes con implantes y dispositivos médicos están especialmente preocupados por las biopelículas porque estas superficies son un lugar privilegiado para las bacterias. Una vez colonizado, las biopelículas pueden producir subproductos que son tóxicos, e incluso mortales, para el cuerpo humano.
Como la gente en las ciudades, Las células de las biopelículas se comunican entre sí enviando mensajes para compartir información sobre la disponibilidad de alimentos y los peligros potenciales. Pero en lugar de llamar a sus vecinos por teléfono, las bacterias envían notas a través de productos químicos a sus amigos cercanos.
Pero las bacterias no tienen miedo de volar solas cualquiera. De hecho, algunas especies han desarrollado formas de permanecer en condiciones difíciles. Cuando no queda comida o las condiciones empeoran, estas bacterias se conservan creando una cáscara resistente llamada endospora , poner la célula en un estado latente que preserva el material genético de la bacteria [fuente:Departamento de Microbiología de la Universidad de Cornell].
Un científico incluso encontró bacterias en una cápsula del tiempo que fue descubierta y examinada 100 años después. mientras que otros grupos de científicos descubrieron bacterias que datan de hace 250 millones de años [fuentes:Silverman; Vreeland y col.]. Todo esto demuestra que las bacterias pueden autoconservarse durante mucho tiempo.
Ahora que sabemos que las bacterias son colonizadoras si se les da la oportunidad, echemos un vistazo a cómo llegan allí a través de la división y la reproducción.
Un E. coli la bacteria se captura en las primeras etapas de la fisión binaria, o dividirse en dos celdas idénticas. CNRI / Science Photo Library / Getty Images ¿Cómo las bacterias crean colonias en primer lugar?
Bacterias como otras formas de vida en la Tierra, necesitan hacer copias de sí mismos para sobrevivir. Mientras que los humanos y otros organismos hacen esto a través de la reproducción sexual, funciona de forma un poco diferente con las bacterias.
Pero primero, discutiremos por qué la diversidad es algo bueno.
La vida sufre seleccion natural , o fuerzas selectivas en un entorno dado que permiten que un tipo prospere y se reproduzca más. Como recordará de la clase de biología, los genes son las unidades que instruyen a una célula sobre lo que debe hacer, ya sea para hacer que su cabello sea de color marrón o rubio o que sus ojos sean verdes o azules. Obtienes genes de ambos padres que proporcionan una buena combinación. Además, la reproducción sexual da lugar a mutaciones , o cambios aleatorios en el ADN, que crea diversidad. La mayor diversidad genética de la que extraer, es más probable que un organismo pueda adaptarse a las limitaciones de un entorno.
Para las bacterias, la reproducción no es cuestión de encontrar el microbio adecuado y establecerse; simplemente está replicando su propio ADN y dividiéndose en dos células idénticas. Este proceso, llamado fisión binaria , ocurre cuando una sola bacteria se divide en dos después de que replica su ADN y mueve el material genético a los extremos opuestos de la célula.
Debido a que la célula resultante es genéticamente idéntica a la que proviene, este método de reproducción no es exactamente la mejor manera de crear un acervo genético diverso.
Entonces, ¿cómo obtienen las bacterias nuevos genes?
Resulta que las bacterias emplean trucos para hacer el trabajo, con el resultado final siendo transferencia de genes horizontal , o intercambiar material genético sin reproducirse. Hay algunas formas en que las bacterias pueden hacer esto. Un método implica recoger material genético del entorno fuera de la célula, confiando en otros microbios y bacterias (a través de moléculas llamadas plásmidos). Otro es el resultado de virus que utilizan bacterias como huéspedes. Al infectar nuevas bacterias, los virus dejan incidentalmente material genético de bacterias anteriores en la nueva [fuente:Marraffini].
El intercambio de material genético les da a las bacterias la flexibilidad de adaptarse, y algunas lo hacen, una vez que sienten cambios estresantes en el medio ambiente, como escasez de alimentos o cambios químicos.
Desarrollar una mejor comprensión de cómo se adaptan las bacterias es tremendamente importante para comprender y combatir la resistencia de las bacterias a los antibióticos en la medicina. Las bacterias pueden intercambiar material genético con tanta frecuencia que los tratamientos que anteriormente funcionaron probablemente no lo harán la próxima vez.
Ahora que hemos analizado de cerca cómo funcionan las bacterias a nivel microscópico, retrocedamos un paso para ver dónde los encuentra en el panorama general.
La piscina opalescente del Parque Nacional Yellowstone obtiene sus fantásticos colores de las bacterias termófilas. Michael Detay / Moment Open / Getty Images La pregunta no es "¿Dónde están las bacterias?" sino más bien, "¿Dónde están las bacterias?"
Se encuentran prácticamente en todas partes de la Tierra. Es imposible tener una idea completa de la cantidad de bacterias en el planeta al mismo tiempo, pero algunas estimaciones apuntan a unos 5 octillones de microbios, como bacterias y arqueas, ¡eso es 10 elevado a 28! [fuente:Whitman et al.]
Fijar un número sobre cuántas especies, o tipos clasificables, de bacterias también sigue siendo difícil. Una estimación apunta a aproximadamente 30, 000 especies identificadas formalmente, pero los científicos están constantemente aprendiendo y aumentando su base de conocimientos y creen que no hemos arañado la superficie del verdadero número de especies que existen [fuente:Dykhuizen].
La verdad es que las bacterias existen desde hace mucho tiempo, largo tiempo. De hecho, dieron lugar a algunos de los primeros fósiles conocidos, que se remonta a 3.500 millones de años [fuente:Museo de Paleontología de la Universidad de California]. La evidencia científica sugiere que las cianobacterias comenzaron a crear oxígeno hace entre 2.5 y 2.3 mil millones de años en los océanos del mundo. lo que dio lugar a la atmósfera de la Tierra y abundante oxígeno para que respiremos [fuente:Konhauser et al.].
Las bacterias pueden sobrevivir en el aire agua, tierra, hielo y calor extremo; en plantas; e incluso en nuestros intestinos, en nuestra piel y en la piel de otros animales.
Algunas bacterias son extremófilos , lo que significa que pueden soportar ambientes extremos que son muy calientes o fríos o que carecen de los nutrientes y químicos que normalmente asociamos con la vida. Los investigadores han descubierto bacterias en la Fosa de las Marianas, el lugar más profundo de la Tierra bajo el Océano Pacífico, además de ventilaciones bajo el agua climatizadas y en hielo.
Pero la diversión se extiende más allá de los investigadores en el campo. Los turistas están fascinados con la belleza natural más hermosa de las bacterias en lugares como Opalescent Pool en el Parque Nacional Yellowstone, que presenta bacterias termófilas (amantes del calor) de colores brillantes que tiñen el hito.
Houston, tenemos bacterias.Las bacterias que normalmente no tienen un efecto negativo en la salud humana tienen una ventaja en la formación de infecciones entre los astronautas en el espacio. Para estudiar mejor los efectos de los vuelos espaciales sobre las bacterias, La NASA envió al espacio microbios que típicamente causan infecciones tratables en la Tierra con las misiones Atlantis en 2010 y 2011. El grupo descubrió que las comunidades de estas bacterias pudieron formarse de maneras que no lo hicieron en la Tierra. dar a los investigadores información sobre cómo mejorar los resultados de salud de los astronautas en el espacio, además de la gente de la Tierra.
Resistente a la meticilina Staphylococcus aureus (MRSA) puede causar infecciones de heridas, neumonía y envenenamiento de la sangre en personas vulnerables. PASIEKA / Biblioteca de fotografías científicas / Thinkstock Aunque las bacterias son valientes contribuyentes a la salud de los seres humanos y del planeta, también tienen un lado oscuro. Ciertas bacterias tienen el potencial de ser patógeno , lo que significa que pueden causar enfermedades y dolencias.
A lo largo de la historia de la humanidad, algunas bacterias han tenido (comprensiblemente) una mala reputación, causando ansiedad e histeria pública. Toma la plaga por ejemplo. Las bacterias que causan la peste Yersinia pestis , no solo ha matado a más de 100 millones de personas, pero también se sugiere que dio forma a la historia, incluso contribuyendo al colapso del Imperio Romano [fuente:Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades]. Antes de la llegada de los antibióticos, o medicamentos capaces de tratar infecciones bacterianas, las infecciones eran difíciles de detener.
Incluso hoy, estas bacterias patógenas todavía pesan mucho en nuestras mentes. Bacterias que causan una variedad de enfermedades, desde ántrax, neumonía, meningitis, cólera, salmonella y faringitis estreptocócica E. coli e infecciones por estafilococos:pueden desafiar nuestros tratamientos gracias a Resistencia antibiótica .
Esto es especialmente cierto para Staphylococcus aureus , la bacteria responsable de las infecciones por estafilococos. La "superbacteria" ha planteado problemas tremendos a los hospitales y las clínicas de salud, donde los pacientes tienen más probabilidades de estar expuestos durante los implantes médicos y la inserción de catéteres.
En una sección anterior, hablamos sobre la selección natural y cómo algunas bacterias tienen genes más diversos para ayudar a lidiar con lo que les arroja su entorno. Si tiene una infección, y algunas de las bacterias de su cuerpo son diferentes de otras, los antibióticos pueden curar a la mayoría de la población bacteriana. Pero esto también les da a los microbios no afectados por sus antibióticos el espacio para reproducirse y afianzarse. Es por eso que los médicos recomiendan evitar los antibióticos a menos que realmente los necesite.
Las armas biológicas son otro aspecto aterrador de esta conversación. Las bacterias pueden usarse como armas en algunos casos, incluido ser desplegado en casos de miedo al ántrax e incrustado en aerosoles.
Y no son solo los humanos los que reciben el impacto de las bacterias. En efecto, las bacterias incluso tienen apetito por el trasatlántico hundido Titanic, también [fuente:Kaufman]. Las especies, llamado Halomonas titanicae , devora el metal del barco histórico.
Hemos aprendido cómo las bacterias pueden ser dañinas. En la siguiente sección, veremos cómo pueden ayudarnos.
Bacterias y salud dentalHe aquí, la sustancia viscosa que llamamos placa en nuestros dientes es en realidad de bacterias. Si se le da rienda suelta, estas bacterias pueden corroer el esmalte de nuestros dientes, eventualmente dándonos caries. Los arqueólogos han extraído conocimientos del pasado mediante el estudio de cráneos y dientes humanos para aprender más sobre la dieta y la susceptibilidad a las enfermedades de los humanos en varios momentos [fuente:Watson].
Sir Alexander Fleming, un bacteriólogo, descubrió la penicilina por casualidad en 1928. Peter Purdy / Hulton Archive / Getty Images Tomemos un momento para examinar el lado bueno de las bacterias. Después de todo, estos son los microbios que nos traen alimentos sabrosos como el queso, cerveza, masa madre y otros elementos fermentados. También son los héroes anónimos detrás de la medicina y el avance de la salud humana.
También debemos agradecer a las bacterias por dar forma a la evolución humana. La ciencia está obteniendo más información de los microbiota , o los microorganismos que residen en nuestros propios cuerpos, particularmente en nuestro sistema digestivo e intestino. La investigación sugiere que las bacterias, y la diversidad y los nuevos materiales genéticos que aportan a nuestros cuerpos, han permitido a los humanos adaptarse y explotar nuevas fuentes de alimentos que antes no podían usar [fuente:Backhed et al.].
Mírelo de esta manera:Revestimiento de las superficies de su estómago e intestino, las bacterias están "trabajando" para usted. Cuando comas, las bacterias y otros microbios lo ayudan a descomponer y extraer nutrientes de los alimentos, especialmente carbohidratos como el maíz, patatas, pan y arroz. Las bacterias más diversas que consumimos y estamos expuestos contribuyen a esta comunidad diversa en nuestros cuerpos.
Aunque nuestro conocimiento de nuestras propias comunidades microbianas es, en el mejor de los casos, incipiente, hay evidencia que sugiere que la falta de ciertos microbios y bacterias en el cuerpo puede afectar la salud de una persona, metabolismo, y susceptibilidad a alérgenos y enfermedades. Los estudios preliminares en ratones sugieren que las enfermedades metabólicas como la obesidad están relacionadas con la diversidad y la salud del microbioma más que con nuestra visión predominante de las "calorías en, "quema de calorías" [fuente:Cox].
También en las primeras etapas, Los trasplantes fecales que implican el intercambio de microorganismos fecales de un individuo sano a otra persona muestran una promesa temprana. Sí, esta podría no ser la mejor imagen mental, pero la ciencia y las opciones para tratar ciertas enfermedades gastrointestinales parecen prometedoras. Se están realizando investigaciones sobre probióticos, microbios que se cree que tienen beneficios adicionales para la salud, pero hasta noviembre de 2014 no se han establecido recomendaciones generales sobre su uso.
Además, Las bacterias han cambiado las reglas del juego en el desarrollo del pensamiento científico y la medicina humana. Las bacterias desempeñaron un papel principal en el desarrollo de 1884 de los postulados de Koch, una serie de consideraciones que vinculan un microbio dado a una enfermedad.
Entre otras contribuciones, investigadores que estudian bacterias descubrieron casualmente la penicilina, un antibiótico que ha salvado innumerables vidas, y más recientemente, una forma más sencilla de editar los genomas de organismos que podría revolucionar la medicina [fuente:Marraffini]. Los investigadores han modificado bacterias para beneficiar la salud humana de muchas formas, incluida la producción de insulina para el tratamiento de la diabetes.
Solo hemos comenzado a comprender todo lo que podemos aprender de nuestros amigos bacterianos.
A pesar de su condición de microbios "sin sentido", las bacterias se comportan de maneras asombrosas. Dales un obstáculo y lo más probable es que encuentren una forma de evitarlo. ¿Antibióticos en casa? Intercambian genes para sobrevivir mejor. ¿No suficiente comida? No hay problema, pueden atrapar algunos Zzz y permanecer inactivos. Apenas estamos comenzando a aprender los secretos de las bacterias, y el panorama general se está volviendo claro:una amplitud de vida compleja pulula bajo nuestras propias narices (y también en ellas).
