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La biología de los microorganismos

La biología de los microorganismos

Por Martha E. Morales Santos.

El descubrimiento de los microorganismos ocurrió hace poco más de 300 años con las observaciones de Robert Hooke y Antony van Leeuwenhoek, siendo Leeuwenhoek quien inició la investigación de la vida microscópica. Sus observaciones de lo que llamó “animálculos” como escribió en sus cartas enviadas a la Royal Society de Londres, realizadas a través de un microscopio simple, se conservan hasta hoy como documentos históricos.

No obstante, la humanidad ya utilizaba microorganismos mucho antes de que supiera que existían, por ejemplo, en la elaboración de alimentos como el pan. Aunque también percibían sus efectos perjudiciales sin saber qué los provocaba, como enfermedades causadas por microorganismos patógenos.

Los microorganismos son seres vivos muy pequeños que sólo se pueden ver a través de un microscopio, empero participan en diversos procesos metabólicos, ecológicos y biotecnológicos convirtiéndose en un factor clave para el funcionamiento de los sistemas biológicos y el mantenimiento de la vida en la Tierra. Se reconoce que existe una gran diversidad biológica, por ejemplo, de hongos se han descrito 70, 000 especies, aunque se pronostican hasta dos millones. Asimismo, poseen una rápida capacidad para adaptarse a los cambios ambientales debido a su historia evolutiva, ya que las archaeas, un grupo de éstos microorganismos, son consideradas como las primeras formas de vida en el planeta. Su capacidad y eficiencia metabólica les permitieron colonizar la superficie terrestre, el aire, los lagos salados y prácticamente todas las regiones geográficas del planeta.

Izquierda. Retrato de Antony van Leeuwenhoek (1632-1723). Óleo sobre lienzo de Jan Verkolje.
Derecha. Réplica de Jeroen Rouwkema del Microscopio simple de Leeuwenhoek. La muestra se colocaba en la punta del tornillo, en frente de la única lente, que destaca por la pequeñez de su diámetro.

Otra de sus características importantes es que pueden vivir solos o en asociación con otros seres vivos. En las plantas viven hongos y bacterias sin causarles daño, tal es el caso de los hongos micorrícicos en las raíces de las plantas, o de la bacteria Rhizobium, un simbionte de las leguminosas.

Son también los principales responsables de la descomposición de la materia orgánica y del ciclaje de los nutrientes como el carbono, permitiendo el funcionamiento de los ecosistemas. En seres humanos también existen bacterias en elevada densidad, como es el caso de Escherichia coli en el colon del intestino humano.

Aunque en la actualidad se sabe que muchas de las enfermedades infecciosas que afectan a la humanidad son causadas por microorganismos, bacterias, hongos y virus principalmente, también es importante recordar que los antibióticos son producidos por ellos mismos, y que son de enorme importancia médica, como la penicilina, sintetizada por los hongos Penicillium notatum y P. chrysodenum. También es posible formular las vacunas, con las cuales las personas y animales quedan protegidos de ciertos microorganismos evitando así que puedan contraer enfermedades causadas por ellos. El conocimiento y comprensión del metabolismo de estos seres vivos proporciona herramientas para entender y curar muchas enfermedades que antiguamente eran mortales. Las bacterias también se han utilizado en la industria alimentaria como ocurre con el género Lactobacillus usado en la producción de vitamina B12 en el yogurt.

Vista con microscopio de luz a 40X, del hongo del género Cladosporium sp. incorporándose a las fibras de un papel industrial.

Clasificación.

Los microorganismos se agrupan de forma general en dos categorías: procarióticos y eucarióticos. En la primera están las archaeas y las bacterias, mientras que en la segunda se encuentran hongos, algas y protozoarios. No obstante, de manera convencional los virus, viroides y priones son también considerados microorganismos.

Algunas características del primer grupo es que son células simples diferentes en su organización interna a las eucariotas, su tamaño es entre 1 y 10 micrómetros, carecen de núcleo y organelos celulares, tienen una molécula única de ADN circular, membrana celular, y pared celular de peptidoglucano. Por otro lado, las células eucariotas son más complejas que las procariotas, de tamaño superior, entre 10 a 100 micrómetros, tienen un núcleo con membrana y nucléolo, ADN lineal que forma cromosomas, organelos rodeados por membranas, membrana celular.

Dada su gran diversidad, existen algunas clasificaciones más específicas de acuerdo a otras características propias de los microorganismos como la reproducción, la respiración, el crecimiento, y su nutrición.

Microorganismos en los Archivos.

Los procesos biológicos de los microorganismos causan efectos de degradación en diversos materiales de uso común, como el papel. Uno de los lugares donde se pueden evidenciar dichos daños es en los acervos documentales o archivos, siendo muchos de ellos de interés internacional, debido a su aportación histórica. Los documentos están expuestos permanentemente a sufrir alteraciones físicas, químicas y/o biológicas. Esta última se puede nombrar como biodeterioro, que se define como cualquier cambio indeseable en las propiedades de un material causado por las actividades vitales de los organismos. La forma específica de biodeterioro causada por el desarrollo de los microorganismos se denomina microbiodeterioro.

La causa del microbiodeterioro más recurrente en soportes de papel en los archivos es causada principalmente por hongos filamentosos o miceliares, entre los que se encuentran los géneros Aspergillus, Cladosporium, Alternaria, Penicillium, y Fusarium. Por ejemplo, la especie Aspergillus Niger del género Aspergillus, genera manchas de distintos colores desde amarillo, rosa intenso, morado hasta el negro. Asimismo, el género Penicillium, genera manchas verdes, azules o amarillas. Entre las bacterias más comunes en los archivos están los denominados Actinomycetes.

Dada su importancia en los archivos documentales, se describen de forma general algunas de las características de los hongos miceliares o filamentosos.

Efectos de los microorganismos sobre documentos. Archivo Histórico del Estado de Oaxaca.

Estructuras de hongos filamentosos.

Los hongos son seres eucariotas que pueden ser pluricelulares (hongos miceliares) o unicelulares (levaduras), ambos se incluyen en el concepto de hongos microscópicos. Los hongos miceliares o mohos, en su desarrollo forman una estructura vegetativa y una reproductora, en la primera es donde se pueden diferenciar las hifas, que son cada uno de los filamentos en forma de tubos finos y largos que entrelazados forman el micelio. La segunda estructura es cuando ya se ha formado el micelio, y su forma de reproducción es mediante la formación de esporas asexuales o conidios, pudiendo multiplicarse asexual o sexualmente. Si el proceso de reproducción es asexual, el conidio o espora asexual una vez madura se desprende y en condiciones ambientales adecuadas germina dando lugar a un nuevo hongo micelar. En el proceso sexual, dos células de signo complementario se recombinan y originan las esporas sexuales capaces, en condiciones medio-ambientales favorecedoras, de formar nuevas colonias fúngicas.

Es por ello que su desarrollo y crecimiento están estrechamente relacionados con las condiciones ambientales, siendo la humedad relativa (HR) y la temperatura dos de los factores más importantes. Este tipo de biodeterioro es quizás la causa más difícil de detectar de modo anticipado, por ello las medidas preventivas y de control o monitoreo, son fundamentales para evitar su propagación en los archivos.

La humedad relativa por si sola es una causa extrínseca que hay que destacar en relación a los documentos, ya que una humedad excesiva, mínima o fluctuante afecta este soporte de diversas formas y cuantiosamente. Entre otras alteraciones además de la contaminación biológica, favorece la incorporación de oxígeno y gases activos, el hinchamiento de las fibras, la pérdida de solidez y elasticidad y deformaciones. Las principales alteraciones que los hongos provocan a los soportes documentales son: degradación enzimática de la celulosa y de las proteínas, la excreción de ácidos y pigmentos, así como la acción mecánica sobre el papel.

Con una humedad baja, el soporte se encoge e incluso puede perder resistencia, craquelándose y perdiendo flexibilidad. Las oscilaciones provocan dilataciones y contracciones que pueden producir rotura y cristalización de la celulosa. El crecimiento de microorganismos se desarrolla a una humedad relativa mayor a 65, es por ello que los parámetros ambientales recomendados de humedad relativa es máxima de 65 y mínima de 45, y una temperatura máxima de 22 y mínima de 15.

Los hongos a bajas temperaturas paralizan su metabolismo y su desarrollo, permaneciendo latentes hasta que las condiciones medioambientales vuelven a ser las adecuadas para su crecimiento. Si se disminuye la temperatura, es imprescindible que la HR también disminuya, ya que en caso contrario podría provocarse una rápida proliferación. Sin embargo, también puede llegar a aparecer un brote fúngico a una temperatura superior de 62ºC, con un aumento de temperatura, los microorganismos pueden desarrollarse a una HR más reducida.

Nutrición.

Los microorganismos necesitan sintetizar los nutrimentos necesarios para su desarrollo a partir de otros, siendo el papel, utilizado como fuente nutricional, ya que está compuesto de fibras vegetales y la celulosa es la principal fuente, también están los aditivos funcionales como los encolantes y tintas con aglutinantes orgánicos, utilizadas en la encuadernación y durante la elaboración del papel. Cuando la contaminación de microorganismos proviene desde la manufactura se le denomina infección primaria, posterior a ella, se le designa como infección secundaria. Los hongos afectan los distintos sustratos orgánicos, naturales o sintéticos, además de la celulosa están los policarbonatos, metales, componentes de soportes ópticos y magnéticos como el CD y los VHS, el cartón, fotografías, pinturas, textiles, cuero, plásticos, madera, entre otros.

Las alteraciones que pueden provocar pueden ser de tipo químico o físico, como alteraciones cromáticas y de textura del soporte, a causa de la secreción de enzimas, la acidificación del papel por la excreción de ácidos orgánicos que hidrolizan de los sustratos de los que se nutren, también se le relaciona con las manchas de deterioro tipo foxing. Así, su gran versatilidad metabólica les permite degradar los diversos materiales incluso sin entrar en contacto físico con ellos.

Vista macroscópica de hongos micelares (mohos). Impacto sobre el soporte de papel por una humedad relativa fuera del rango recomendado.

Integración de refuerzos en documentos con un alto grado de microbiodeterioro, realizado en el Departamento de Conservación y Restauración del Archivo Histórico del Estado de Oaxaca.

Propagación.

La propagación de los hongos se realiza por medio de los conidios o esporas. Estas estructuras se transportan con facilidad por el aire. La limpieza de los espacios y una adecuada ventilación son muy importantes para prevenir la dispersión de microorganismos debido al polvo que pueda acumularse en los recintos. El polvo tiene una composición heterogénea y variable formada por partículas químicas, huevos de insectos, polen, conidios y esporas, entre otros, llegando a reportarse en estudios de depósitos, niveles superiores a 8000 Unidades Formadoras de Colonia UFC por m3 de esporas fúngicas, que es considerado un nivel máximo.

Cabe mencionar que, de acuerdo a la normatividad de los Archivos, la Estabilización es una de los procedimientos preventivos más importantes para la mitigación en la propagación de hongos, el cual consiste en la limpieza de documentos, fumigación, integración de refuerzos, extracción de materiales que deterioran y oxidan el papel, así como el resguardo de documentos sueltos en papel libre de ácido.

Investigación.

Es así, que el conocimiento y comprensión del metabolismo de los microorganismos es primordial, asimismo, los factores principales a considerar para prevenir y mitigar los efectos perjudiciales que debido a los procesos biológicos de los microorganismos pueden afectar a los bienes materiales y al ser humano son: los parámetros de humedad y temperatura, la composición de los materiales en los espacios, la iluminación y exposición del objeto, así como la manera y frecuencia de la limpieza, junto con las condiciones de ventilación. A pesar de la importancia de los microorganismos en la vida del hombre, la investigación microbiológica es aún incipiente en México, considerado particularmente un país mega diverso.