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Recursos didácticos

¿Cómo estudiaomos los microbios?

Los estudios científicos pretenden explicar los fenómenos mediante hipótesis, que generan predicciones que pueden comprobarse con datos experimentales. Aunque tanto la observación como la comprobación experimental implican la recogida y el análisis de datos, los datos cuantitativos ofrecen una visión más exhaustiva, precisa y completa que los cualitativos. Por ejemplo, saber que la pasteurización reduce la abundancia bacteriana a un porcentaje específico (por ejemplo, 50% o 0,0001%) es más valioso que limitarse a observar una reducción. Los datos cuantitativos son cruciales en microbiología, y la estadística proporciona las herramientas para organizar, presentar, analizar e interpretar estos datos. La estadística puede ser descriptiva, resumiendo los datos visual o numéricamente, o inferencial, extrayendo conclusiones de los datos. Aunque algunos estudios sólo requieren un análisis cualitativo, la mayoría generan datos cuantitativos que requieren un análisis estadístico. Por lo tanto, los microbiólogos deben comprender los principios y métodos estadísticos para la recopilación y el análisis de datos. La siguiente discusión cubre los principios estadísticos básicos para datos continuos en situaciones simples, aunque la gama completa de datos microbiológicos y diseño experimental es más amplia. En la actualidad, los programas informáticos estadísticos se encargan de la mayoría de los cálculos, pero es importante comprender los principios subyacentes para evitar interpretaciones erróneas.

La importancia de la estadística y la replicación en microbiología

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Foto por Kelly L from Pexels

La vida microbiana está estrechamente ligada a la transformación de sustratos en productos y a la generación de energía metabólica. El análisis de estos procesos requiere una cuantificación precisa de sustratos y productos para derivar una ecuación de proceso equilibrada, que también mida la energía liberada y el material celular formado. Algunos ejemplos son la oxidación aeróbica de la glucosa y las fermentaciones utilizadas en el yogur, el chucrut, el ensilado, la cerveza, el vino y el pan. La formación de productos gaseosos pone de manifiesto la energía liberada en el metabolismo microbiano. El análisis cuantitativo es crucial en aplicaciones microbiológicas comerciales, como la producción de ácidos orgánicos, biomasa de levadura y productos farmacéuticos, donde los procesos controlados dependen de predicciones y cálculos precisos del sustrato.

La importancia de la cuantificación: balances de masa, bioenergética y el dinero de la vida

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Copyright: Thomas Grasberger, con permiso

Cuando te miras al espejo, puedes pensar que eres la misma persona que ayer, pero en términos de tu composición, eso no es del todo cierto. La vida en la Tierra se compone de elementos que circulan constantemente entre el medio ambiente y los organismos vivos. Los microbios desempeñan un papel crucial en estos ciclos, como los del carbono y el nitrógeno, y sus actividades pueden medirse utilizando isótopos.

Cómo utilizamos los isótopos para estudiar los microbios y sus actividades

Ni siquiera podemos ver los microbios: ¿cómo podemos entender lo que hacen?

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Imagen: Philippe Laissue de la Universidad de Essex

El suelo contiene miles de tipos de microbios, cada uno de los cuales utiliza diferentes alimentos (sustratos) para crecer. Cuando se observan al microscopio, parecen similares, lo que dificulta su identificación y la comprensión de sus dietas. Aunque el cultivo en laboratorio ha ayudado a los microbiólogos durante más de 150 años, muchos microbios aún no pueden cultivarse debido a requisitos desconocidos. Para estudiarlos en sus hábitats naturales, los científicos utilizan un «juego de herramientas» de técnicas para analizar moléculas clave en las células, revelando qué microbios están presentes y qué consumen. Comprender estos microbios es crucial para mantener los ciclos de nutrientes de la Tierra y la salud de los ecosistemas.

¿Quién hace qué?: ¿Cómo podemos saber qué hacen los microbios en el medio ambiente?

Señorita: hay miles de microbios diferentes en el suelo, entonces ¿cómo sabemos quién hace qué en el medio ambiente?

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Cortesía de Dr Nasmille Larke-Mejia, Universidad de East Anglia, UK

El medio ambiente es diverso: en los campos se cultiva trigo para los humanos, maíz para el ganado y heno para los caballos, cada uno de los cuales sustenta diferentes poblaciones vegetales. Sin embargo, los microbios son invisibles, por lo que para entender cuáles están presentes y sus actividades necesitamos herramientas como los microsensores. Estos instrumentos nos permiten medir procesos a nivel microscópico.

Microsensores: una mirada al entorno microbiano

Señorita: podemos ver microbios con un microscopio, pero ¿cómo podemos ver lo que están haciendo?

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Gráficos por Fabian Steininger, foto por Niels Peter Revsbech.

La microfluídica es la manipulación de fluidos a escala submilimétrica, lo que permite analizar y controlar células microbianas individuales. Los métodos tradicionales son insuficientes para estudiar el comportamiento unicelular y descubrir nuevos productos naturales. La microfluídica ofrece ventajas como volúmenes de muestra más pequeños, experimentos más rápidos y la posibilidad de realizar pruebas complejas en un solo chip. Técnicas como la microfluídica de flujo continuo y de gotas proporcionan un control preciso y una gran paralelización de los cultivos microbianos. Esta tecnología se utiliza en el estudio del crecimiento, el comportamiento y las interacciones microbianas, el cribado de nuevos productos, la optimización de procesos biotecnológicos y el avance de la medicina personalizada, el diagnóstico y la detección de la resistencia a los antibióticos. Los futuros avances prometen importantes repercusiones en la asistencia sanitaria, la vigilancia del medio ambiente y las industrias sostenibles.

Microfluídica: llevando la experimentación a la escala y diversidad de microorganismos

No podemos ver los microbios. ¿Cómo podemos encontrar los que son especiales entre millones de otros?

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Los microbios eran desconocidos para el ser humano hasta hace unos siglos debido a su pequeño tamaño. Estudiarlos ha sido un reto porque son difíciles de observar en sus hábitats naturales. Al principio, los científicos utilizaron microscopios y cultivos de laboratorio para estudiar los microbios, revelando su aspecto, movimiento e interacción con las sustancias químicas. Sin embargo, gran parte de su comportamiento natural seguía siendo desconocido. Hoy en día, los científicos estudian el ADN microbiano para comprender sus funciones, relaciones y evolución. Dado que los microbios son abundantes, con miles de millones de especies en un gramo de suelo, el procesamiento de estos datos genéticos requiere una potencia informática avanzada. Como resultado, los microbiólogos utilizan ahora la ciencia de datos, que combina la tecnología informática, las matemáticas y la programación para analizar e interpretar la información genética, proporcionando nuevos conocimientos sobre cómo prosperan los microbios en diversos entornos.

Matemáticas e informática en el estudio de los microbios: bioinformática, estadística, modelado

¡Mamá! ¿Cómo puedes estar tan segura de que una manzana al día mantiene alejado al médico?

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Durante unas vacaciones familiares en 1964, los doctores Thomas y Louise Brock visitaron el Parque Nacional de Yellowstone y descubrieron la colorida vida microbiana de las aguas termales. Sin saberlo, su exitoso cultivo del Thermus aquaticus de Mushroom Pool cambiaría el mundo. Este organismo amante del calor se convirtió en un elemento crucial para el desarrollo de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), una técnica ahora esencial en los laboratorios. Desde entonces, la PCR ha impulsado descubrimientos que han cambiado vidas, ha hecho avanzar la ciencia forense y ha contribuido al desarrollo de vacunas, antibióticos y otros medicamentos.

PCR: la reacción en cadena de la polimerasa: una revolución en la biología molecular

Mi amigo del colegio tiene COVID-19. ¿Yo también lo tengo?

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Créditos Jawahar Swaminathan y staff del Instituto Bioinformático Europeo.

Los microbios están a nuestro alrededor, incluso sobre nosotros, aunque a menudo sólo nos percatamos de su presencia cuando los alimentos se estropean, la carne adquiere un aspecto brillante o las botellas de agua se llenan de una película verde. Pero, ¿cómo sabemos que los microbios son los responsables? ¿Cómo se desarrollan en estas condiciones? ¿Podemos reproducir su crecimiento en el laboratorio y estudiar sus propiedades?

¿Cómo estudiamos los microbios?

Oye, el pastel que guardé de la semana pasada está cubierto de manchas de diferentes formas y colores. ¿Son microbios? ¿Cómo podemos analizarlos?

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Las bacterias, los hongos y los virus son organismos diminutos que viven a nuestro alrededor. La mayoría son beneficiosos, pero otros no. La microbiología es el estudio de estos organismos, pero ¿cómo podemos verlos dado su diminuto tamaño? Los microorganismos tienen un tamaño aproximado de 1 micrómetro, demasiado pequeño para ser visto a simple vista. El microscopio, inventado en 1590 por Zaccharias Janssen y utilizado posteriormente por Antoine van Leeuwenhoek para observar los microbios, nos permite ampliarlos. La microscopía es crucial en microbiología, ya que nos ayuda a comprender los procesos microbianos y a identificar organismos beneficiosos o perjudiciales. Los microscopios modernos pueden incluso observar bacterias en tiempo real, nadando y formando biopelículas. Aunque estos instrumentos son caros, es posible construir una versión de bajo coste con materiales cotidianos.

¡Puedo hacer mi propio microscopio!

Señorita: ¿podemos mostrar también a nuestras familias los microbios?

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Imagen por Maria José González & Paola Scavone.

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