Si podemos cultivar bacterias en un laboratorio, ¿por qué solo conocemos alrededor del 1% de ellas? » ABC de la ciencia

Si hemos llegado al punto en que podemos cultivar bacterias, ¿por qué no hemos descubierto más especies? Esto se conoce como la gran anomalía del conteo de placas.

Las bacterias están en todas partes. Están sobre y dentro de nuestros cuerpos, hay millones de ellos viviendo en el suelo debajo de nuestros pies, nadan en los océanos y flotan en el aire.

Siendo a la vez una bendición y una perdición, los científicos han estado tratando de estudiarlos durante siglos. El problema es que son pequeños bichos escurridizos. Una bacteria puede ser invisible, pero los científicos deben estudiarla haciendo crecer muchas juntas, formando colonias. En doscientos años de microbiología, hemos cultivado 30.000 especies de bacterias, pero eso es solo el 1% de todas las que creemos que existen.

Si podemos cultivarlos, ¿por qué no hemos descubierto más especies? Esta paradoja se conoce como la gran anomalía del conteo de placas.

Una mirada al pasado

En tiempos de pandemia, en los que nos lavamos las manos cada vez que salimos, parece inconcebible que los médicos pasen de realizar una autopsia a ayudar en el parto sin detenerse a higienizar. Sin embargo, incluso hace tan solo 280 años, sabíamos muy poco sobre las enfermedades y cómo se propagan.

Nuestra comprensión de las bacterias se originó a partir de enfermedades. Algunos científicos en la década de 1800 pensaron que el “mal aire”, conocido como miasma, causaba enfermedades como el cólera. Otros, particularmente los griegos y los romanos, culparon a un desequilibrio en los “humores” de una persona. ¡Agregue a esto los venenos en los alimentos que causaron enfermedades, contra los cuales el antídoto eran otros alimentos!

Una pintura gouache del microbiólogo Robert Koch en su banco de trabajo

Una pintura gouache del microbiólogo Robert Koch en su mesa de trabajo (Crédito de la foto: Wellcome Collection/Creative Commons)

La revolución de la microbiología llegó con Robert Koch y Louis Pasteur. Louis Pasteur defendió la famosa “teoría de los gérmenes”, la teoría de que los diminutos microbios invisibles eran la causa de las enfermedades, en la década de 1860, cincuenta años después de que se propusiera la teoría del miasma.

Robert Koch fue la primera persona en cultivar bacterias en un laboratorio.

Las bacterias solo se pueden visualizar cuando se cultivan aisladas en una placa. Las placas son un medio con alimento para que crezcan las bacterias. Cuando se forman bultos de un tipo de bacteria, conocidas como colonias, la caracterización de un tipo de bacteria se vuelve mucho más fácil y la bacteria se vuelve visible a simple vista. La versión de Koch de un plato era un pequeño plato de vidrio, lleno de una solución de gelatina que se solidificaba y formaba una capa en la que las bacterias podían crecer y alimentarse. Las bacterias están presentes incluso en el aire, por lo que para proteger sus placas de la contaminación, Koch cubrió las placas de vidrio llenas de gelatina con campanas de cristal invertidas.

La campana de cristal y el plato de la técnica de crecimiento bacteriano de Koch.

La campana de cristal y el plato de la técnica de crecimiento bacteriano de Koch (Crédito de la foto: Creative Commons & Shutterstock)

Este método estaba lejos de ser infalible. La gelatina era útil, pero se echaba a perder fácilmente y era propensa a la decoloración. Las campanas de cristal son pesadas y difíciles de negociar. Retirarlos tomó tiempo, lo que permitió que ocurriera la contaminación.

Inspirado por el trabajo de Koch, un joven investigador en el laboratorio de Koch llamado Julius Richard Petri innovó la placa de Petri. A Petri se le ocurrió la idea de cubrir una placa con otra un poco más grande, inventando así la placa de Petri.

La placa invertida ligera era mucho más fácil de mover que la campana de cristal, lo que permitía que el trabajo se hiciera mucho más rápido y evitaba tanta contaminación. Este diseño elegante y simple no cambió durante los siguientes cien años. Incluso ahora, las placas de Julius Petri son las mismas, aunque ahora se utilizan plásticos acrílicos livianos, lo que permite a los microbiólogos apilar y transportar docenas de ellas a la vez.

Koch y sus bocetos bacterianos

Koch y sus bocetos bacterianos (Crédito de la foto: Creative Commons)

El problema de la gelatina fue resuelto por Fanny Hesse, la esposa de uno de los trabajadores del laboratorio de Koch. Ella sugirió el uso de agar, conocido más comúnmente en ese momento como Chinagrass. Los usó en mermeladas y jaleas y notó que no se decoloraban. El agar también podría calentarse a una temperatura mucho más alta que la gelatina sin perder sus propiedades.

Con el agar y la placa petri se revolucionó el mundo de la microbiología. Así nació el método moderno de cultivo bacteriano.

¿Entonces, cuál es el problema?

Las bacterias son especialistas. Cientos de especies se han adaptado a cientos de condiciones específicas. Es fácil cultivar una bacteria que ama el agar y la temperatura ambiente; estas especies pueden contaminar y dificultar el cultivo de cualquier otra cosa.

Pero, ¿qué pasa con las bacterias que viven en condiciones más exóticas? ¿Qué pasa con las bacterias en los respiraderos hidrotermales de aguas profundas o en los recovecos profundos de su colon? ¿Cómo imitarías estas condiciones en el laboratorio?

Una forma de hacer esto es excluyendo otras bacterias. Si desea cultivar bacterias resistentes a los antibióticos, como MR Staphylococcus aureus, colocaría un medio con ese antibiótico, después de matar todas las demás bacterias. Para una bacteria que solo usa nitrógeno como combustible, puede cultivarla en un medio sin nitrógeno. Las bacterias que no usan nitrógeno no sobrevivirían.

Otras bacterias se conocen como simbiontes obligatorios. Piense en nuestras bacterias intestinales; requieren el hábitat de nuestros intestinos para florecer. Simplemente eliminarlos y cultivarlos a menudo no funciona. Este es el caso de todas las bacterias, lo que requiere absolutamente el organismo con el que se unen simbióticamente.

Todas estas técnicas asumen que las bacterias que desea estudiar pueden crecer en placas en primer lugar, pero esto no es cierto. Hay miles de especies de bacterias que no se han cultivado y no se pueden cultivar y aislar en placas de agar. Esto es lo que se conoce como la gran anomalía del recuento de placas, la diferencia entre cuántas bacterias sabemos que existen y cuántas podemos cultivar realmente.

Sabemos que existe la gran anomalía del recuento de placas porque hay muchas más bacterias observables bajo el microscopio de las que se pueden cultivar en placas.

La anomalía del conteo de placas es un dolor de cabeza para los microbiólogos porque el enchapado es el caballo de batalla del microbiólogo. Permite exponer la misma bacteria a dos tratamientos diferentes para ver qué sucede, como probar la eficacia de un antibiótico en una bacteria en particular. El cultivo de bacterias más nuevas también es la clave para descubrir antibióticos, en la carrera contra el aumento de la resistencia a los antibióticos. El enchapado también es un paso clave para poder aislar el ADN de una bacteria. Sin ADN, no podemos entender cómo se relacionan las diferentes bacterias, o rastrear los orígenes evolutivos de toda la vida en la Tierra.

¿Que viene despues?

A pesar de los avances recientes en las técnicas microbiológicas, sigue siendo un campo novedoso. A medida que descubrimos más y más al respecto, podemos entenderlo con mayor detalle.

Las técnicas novedosas de enchapado y las formas creativas de imitar los entornos esenciales de un perfil diverso de bacterias nos permitirán cultivar una mayor diversidad de ellas en nuestros laboratorios. Los Semelweiss, Koch, Petri y Fanny Hesse de esta generación están innovando, aprendiendo y liderando sus propias revoluciones silenciosas. Con estas eventuales innovaciones, podemos descubrir nuevos antibióticos, aprender más sobre la vida a escala microscópica, ¡y tal vez incluso identificar el primer organismo que existió!

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