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Autor: M en C. Ada Elia Díaz González Borja. 1


UNIDAD DE COMPETENCIA I OBJETIVO El estudiante comprenderá el concepto de Microbiología y conocerá el desarrollo histórico de la microbiología hasta el siglo XXI y la Importancia de esta Ciencia.

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algas

Ciencia estudia los seres vivos muy peque単os, concretamente de aquellos cuyo tama単o se encuentra por debajo del poder resolutivo del ojo humano, incluyendo los virus, bacterias, hongos, algas y protozoos.

protozoos

Bacterias Hongos

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Características de los microorganismos

 Requieren de un microscopio para observación.

su

 Tienen una organización estructural más simple que la de los animales y plantas.  Presentan gran diversidad de formas y complejidad metabólica.  Son unicelulares.  Tienen la capacidad total para autosuficiencia y reproducción.

una

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DESARROLLO HISTÓRICO DE LA MICROBIOLOGÍA

• Los microorganismos se originaron hace aproximadamente 4.000 millones de años.

• La microbiología es relativamente una ciencia joven, los primeros microorganismos se observaron hace 300 años y sin embargo pasaron unos 200 años hasta que se reconoció su importancia. • Hasta finales del siglo XIX, la Microbiología fue considerada como una ciencia especializada, fue el resultado de la confluencia de una serie de progresos metodológicos que se habían empezado a incubar lentamente en los siglos anteriores, y que obligaron a una revisión de ideas y prejuicios sobre la dinámica del mundo vivo.

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ETAPAS O PERIODOS EN EL DESARROLLO DE LA MICROBIOLOGÍA:

Periodo I: Es de especulación y se extiende desde la antigüedad hasta llegar a los primeros microscopistas.

Periodo II Acumulación de observaciones (desde l675 aproximadamente hasta la mitad del siglo XIX), que arranca con el descubrimiento de los microorganismos por Leeuwenhoek (l675).

Inicio lento de una rama del conocimiento. 6


ETAPAS O PERIODOS EN EL DESARROLLO DE LA MICROBIOLOGÍA:

Periodo III – Cultivo de microorganismos. – Mitad del siglo XIX a hasta finales del siglo XIX – Figuras de Pasteur y Koch cristalizan a la Microbiología como ciencia experimental bien asentada.

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Periodo IV – Principios del siglo XX hasta nuestros días. – Se caracteriza porque los M.O. son estudiados por su complejidad fisiológica, bioquímica, genética, ecológica, etc. – Surgimiento de disciplinas microbiológicas especializadas (Virología, Inmunología, etc), y la estrecha imbricación de las ciencias microbiológicas en el marco general de las Ciencias Biológicas.


DESARROLLO HISTÓRICO DE LA MICROBIOLOGÍA

• Los microorganismos han proporcionado alimentos y bebidas al hombre durante mas de 8000 mil años, sin que se tuviera noción de ello.

• Fueron los sumerios y babilonios quienes aplicaran el arte de la fermentación, para la producción de alcohol en forma de cerveza, 6000 mil años A.C., • 4000 A.C. los egipcios descubren que el CO2 generado de esta actividad podía fermentar el pan. • La Teoría de la fermentación de los germenes en la infección de las heridas o del contagium animatum, se había expresado en la antigüedad.

• 116 A.C. Marcus Terentius Varro, menciona que el aire de los pantanos era nefasto por estar colmado de pequeñisimos animalitos que penetran por la nariz y en todo el cuerpo. 9


HISTORIA DE LA MICROBIOLOGÍA

• 1546, Girolano Fracastoro sugirió que las enfermedades podían deberse a organismos tan pequeños que no podían verse y que eran transmitidos de una persona a otra. • 1546, Girolano Frascastoro de Verona publica "De contagione", creando la epidemiología. • 1632-1723, A. van Leeuwenhoek  Primer microscopio.  Padre de la Microbiología (1683).  Gota de agua de estanque, protozoarios (Giardia), globulos rojos, espermatozoides.

Antonie van Leeuwenhoek 10


Periodo II Acumulación de observaciones (desde l675 aproximadamente hasta la mitad del siglo XIX), que arranca con el descubrimiento de los microorganismos por Leeuwenhoek (l675). Inicio lento de una rama del conocimiento

En esta etapa predomino la Teoría de la Generación espontánea, por lo que fue un periodo de duro enfrentamiento filosófico entre los diversos científicos que termino con tal Teoría.

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• Robert Hooke (1635-1703). • Microscopio compuesto: – –

Describió los hongos filamentosos (1667). Descubrió la estructura celular de las plantas (Micrographia, 1665), acuñando el término célula.

• 1656 Athanasius Kircher (1601-1680), Durante la Epidemia de la peste bubónica, creyó ver pequeños gusanitos en la sangre y pus de bubones de los pestosos. 12


Teoría de la generación espontánea:

• Sucesos asombrosos microbiología.

y

decisivos

descubrimientos

en

• Demostración de la falsedad de la noción de la generación espontánea.

• Eventos cronológicos

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TEORIA DE LA GENERACIÓN ESPONTANEA (T.G.E.) • Se tenía la idea de que algunos seres vivos podían originarse a partir de materia inanimada, o bien a partir

del aire o de materiales en putrefacción. • Origen: Cultura griega • Ya que estos creían que las ranas y gusanos crecían espontáneamente a partir del lodo, incluso existían recetas: llenando una tinaja con trapos y colocándola en un sitio apartado durante semanas al final crecían ratones a partir de trapos. 14


Francesco Redi (1621-1697).

 Debate la teoría de la espontánea.

generación

• 1668, Demostró que los gusanos encontrados en la carne podrida eran las larvas que provenían de los huevos que previamente habían depositado en la carne las moscas y no el producto de la generación espontánea. • Comprobar que los insectos y nematodos procedían de huevos puestos por animales adultos de su misma especie.

• Sin embargo una cosa eran huevos de moscas y otra los microorganismos que solo se podían ver, con la ayuda del microscópico 15


Jhon Needham • 1745, Hirvió trozos de carne para destruir los organismos preexistentes y los coloco en un recipiente abierto. • Al cabo de un tiempo observo colonias de microorganismos sobre la superficie y concluyo que se generaban espontáneamente a partir de la carne.


• 1729-1799; Lazzaro Spallanzani.  Idea: Que la vida es transportada por el aire  Demostró que los “infusorios” no aparecían en muestras de maceraciones animales o vegetales sometidas durante tiempo suficiente a ebullición en frascos herméticamente cerrados, pero volvían a aparecer si se practicaban agujeros en el recipiente.  Introduce el uso del medio de cultivo estéril. Needham, menciona que el calor había destruido la “fuerza vegetativa” de las infusiones y había cambiado la “cualidad” del aire dentro de los frascos 17


• L. Pasteur (1822-1895)

 Asestó el golpe definitivo T. G. E. y favor de la teoría biogénica.  Calentó infusiones en matraces de vidrio a los que estiraba lateralmente el cuello, haciéndolo largo, estrecho y sinuoso, y dejándolo sin cerrar, de modo que el contenido estuviera en contacto con el aire.

 Demostró que el líquido no desarrollaba microorganismos, con lo que eliminó la posibilidad de que un “aire alterado” fuera la causa de la no aparición de gérmenes. 18


L. Pasteur (1822-1895)

 Comprobó que los gérmenes del aire quedaban retenidos a su paso por el largo cuello sinuoso, en las paredes del tubo, y no alcanzaban el interior del recipiente donde se encontraba la infusión, quedando ésta estéril indefinidamente.  Sólo si se rompía el cuello lateral o si se inclinaba el frasco de modo que pasara parte de líquido a la porción de cuello, los gérmenes podían contaminar la infusión y originar un rápido crecimiento.  Frasco con "cuello de cisne" de Pasteur, con el que refutó las ideas sobre la generación espontánea

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•1877, John Tyndall (1820-1893)

– Demuestra que la causa de la contaminación de cultivos estériles se debe a la presencia de partículas transportadas por el aire. – Desarrolla el método conocido actualmente como Tindalización.

– Método de esterilización por calentamiento discontinuo (hoy conocida precisamente como tindalización), que evidenció la existencia de formas microbianas de reposo muy resistentes al calor. – Ferdinand Cohn al descubrir la existencia de endosporas bacterianas resistentes al calor.

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Joseph Lister (1872-1912) • Fundador del tratamiento antiséptico de las heridas sobre la base del ácido fénico. – De manera indirecta, demuestra que son los microorganismos los agentes causantes de las infecciones que aquejaban a los enfermos luego de sus operaciones. – Desarrolló un método de cirugía en condiciones asépticas usando fenol como agente de desinfección.

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DEBATE SOBRE LA FERMENTACIÓN • 2º Factor que contribuyo de manera decisivo al nacimiento de la microbiología como ciencia. • 1836 Cagniard-Latour, y 1837 Schwann y Kützing sugirieron que las levaduras eran las causantes de la fermentación alcohólica por la que el azúcar pasa a alcohol etílico y dióxido de carbono.

Controversia y crítica adversa de químicos de la época (Berzelius, Wohler y Liebig). • 1840 Liebig, había realizado importantes confirmaciones a la “teoría mineral” sobre la nutrición de las plantas, enfrentándose a la “teoría del humus” sostenida por Thaer, asestando un golpe a las ideas vitalistas heredadas de Leibniz. 22


DEBATE SOBRE LA FERMENTACIÓN

• El papel de las levaduras como agentes fermentadores no fue reconocido hasta 1856 por Luis Pasteur. • Las teorías científicas de esa época reconocían: La presencia de levaduras en la fermentación alcohólica, pero estas levaduras eran consideradas como compuestos químicos complejos, sin vida

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L. Pasteur (1822-1895) • Demostró que las células viables de levaduras causan fermentación en condiciones anaeróbicas, azúcar pasa a alcohol etílico y dióxido de carbono.  Describe la fermentación láctica (1857) y butírica (1860).  Demostró que los agentes de la fermentación láctica y butírica, eran provocados por bacterias y no por la levadura:

PASTEUR

 Trabajando sobre un problema que había surgido entre los destiladores de Lille, en sus cubas la fermentación alcohólica se vio sustituida por una indeseable fermentación láctica que ocasionaba que el vino de agriara. 24


• 1867- 1876, Pasteur inicio una larga serie de estudios que en los que:

• identificó distintos microorganismos responsables de diferentes clases de procesos fermentativos. – 1860, confirma inequívocamente que la fermentación alcohólica se debe a ciertos tipos de levadura

• Trabajando sobre los agentes de la fermentación butírica: – Descubrió la presencia de microorganismos que se desarrollaban en

ausencia de oxígeno, lo cual desmentía la creencia de que todas las formas de vida necesitan aire para crecer.

– Acuñó los términos aerobiosis y anaerobiosis para denominar, respectivamente, a la vida en presencia y en ausencia de oxígeno. – Trabajo con sus discípulos en cultivos líquidos y con métodos de inoculación y filtración 25


• 1897 Buchner obtuvo, a partir de levaduras, una preparación enzimática (zimasa) que era capaz de realizar la misma transformación de “fermentación” que las células vivas.

Confluencia de los enfoques químico y biológico: • Las fermentaciones son procesos químicos catalizados por enzimas presentes dentro de células vivas, que podían ser estudiados extra celularmente. De esta forma, surge la Bioquímica.

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Periodo III

Se realizan el cultivo de microorganismos, que llega hasta finales del siglo XIX, las figuras de Pasteur y Koch encabezan el logro de cristalizar a la MicrobiologĂ­a como ciencia experimental bien asentada.

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Robert Koch (1813-1910) Establecimiento de las técnicas de aislamiento de microorganismo • Medios de cultivo sólido. (primero sobre rodajas de papa, luego sobre gelatina y finalmente sobre agar. • Favoreciendo el crecimiento de colonias macroscópicas bacterianas, para identificar su morfología característica. • Utilizando unas cajas circulares de vidrio. • Aportó la técnica de siembra en estría, al emplear asa de platino para siembra en la superficie del medio. • Permitió el aislamiento e identificación de un gran número de bacterias. • Base para proseguir sus investigaciones sobre bacterias patógenas. •1882, el médico alemán Walter Hesse, introdujo el agar-agar (polisacárido extraído de algas rojas) como nuevo agente solidificante. 28


• 1887 Petri, un ayudante de Koch, aporto las placas de cristal planas, que se conoce como cajas de Petri.

• De 1888 y los primeros años del siglo XX, Winogradsky

Beijerinck y

– desarrollaron medios selectivos y de enriquecimiento. • Investigaciones sobre procesos biogeoquímicos y poseedoras de características fisiológicas distintivas quimioautótrofas, fijadoras de nitrógeno. – Medios diferenciales. • permitió la manifestación reacciones bioquímicos o metabólicos, contribuyo a la identificación microbiana. 29


Descubrimiento del papel de los microorganismos como agentes causales de enfermedades.

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PAPEL DE LOS MICROORGANISMOS EN LAS ENFERMEDADES

Koch (1843-1910) • 1876, Primer aislamiento y propagación in vitro del bacilo del ántrax (Bacillus anthracis). • Establece de forma inequívoca, el papel de las bacterias como agentes etiológicos de las enfermedades. • Koch y col. Descubrieron, las bacterias que causan la tuberculosis y el cólera.

• En su obra “La infección de las heridas” (1882) formula las normas que han sido las bases del estudio etiológico de las enfermedades ("Postulados de Koch" ).

Robert Koch

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POSTULADOS DE KOCH:

Establece la relación causal entre un organismo específico y una enfermedad específica. 1. El microorganismo debe estar presente en todos los casos de la enfermedad. 2. El microorganismo debe ser aislado del hospedador enfermo y obtenerse en cultivo puro en el laboratorio. 3. La enfermedad específica debe reproducirse, cuando un cultivo puro del microorganismo se inocula a un hospedador susceptible sano. 4. El microorganismo debe ser recuperable de nuevo a partir del hospedador inyectado experimentalmente. 32


Periodo IV – Principios del siglo XX hasta nuestros días. – Se caracteriza porque los M.O. son estudiados por su complejidad fisiológica, bioquímica, genética, ecológica, etc. – Surgimiento de disciplinas microbiológicas especializadas (Virología, Inmunología, etc), y la estrecha imbricación de las ciencias microbiológicas en el marco general de las Ciencias Biológicas.


DESARROLLO DE LA VIROLOGÍA • Descubrimiento de virus de plantas y animales. • En 1892 Dimitri Ivanovski, descubre el virus del mosaico del tabaco.

• 1898 Loeffler y Frosch Descubrimiento de agentes patógenos “virus filtrantes” • 1960 y 1970 se descubrieron numerosos virus y se determinaron sus características físicas y químicas.

• 1909 se descubre el virus de la poliomielitis. • 1911 Descubrimiento del virus del sarampión. • Perfeccionamiento del microscopio favoreció, el desarrollo diversas técnicas innovadoras. El microscopio electrónico de barrido o las técnicas de secuenciación del ácido desoxirribonucleico (ADN). Gracias a todos estos avances, los microorganismos se clasificaron en función de su estructura molecular, incluyéndolos en tres reinos.

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AVANCES RECIENTES EN MICROBIOLOGÍA

• 1962 J Watson, compartió el premio Nobel, por el descubrimiento por la estructura de doble hélice de la Molécula de ADN. • A partir de 1960 Descubrimiento, del código genético, surgen los primeros estudios de recombinación de ADN que conducen a la ingeniería genética.

• 1973, Descubrimiento de corte de moléculas de ADN, con enzimas de restricción, reunir las piezas con la enzima ADN ligasa y reintroducir el ADN recombinante en E. coli, con la ayuda de un plásmido vector.

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• 1980, se realizan análisis de ARN que conducen al descubrimiento de las Archaebacteria. • Estudios moleculares generan sistemas de filogéneticos de clasificación. • Desarrollo industrial de la biotecnología basada en la ingeniería genética.

• Uso de marcadores genéticos para la genotipificación de los microorganismos.

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DESARROLLO DE LA ASEPSIA, QUIMIOTERAPIA Y ANTIBIOTERAPIA • 1928, Fleming descubrio la penicilina, de acción inhibidora sobre bacterias, producida por el hongo Penicillium notatum . • 1944 A. Schatz y S. Waksman, descubren la estreptomicina, producida por Streptomyces griseus, siendo el primer ejemplo de antibiótico de amplio espectro. • Al termino de la segunda guerra mundial vieron la descripción de 96 antibióticos distintos producidos por 57 especies de microorganismos, principalmente Actinomicetos. • En los 60S, inicia el empleo antibióticos semisintéticos, de amplio espectro. • Avances importantes en el desentrañamiento de determinados aspectos de arquitectura y función moleculares de las células susceptibles (paredes celulares microbianas, ribosomas, síntesis proteica, etc.). 37


IMPORTANCIA DE LA MICROBIOLOGÍA La Microbiología tiene una influencia relevante para la humanidad, los microorganismos están presentes en todos los hábitats y ecosistemas de la Tierra y sus actividades presentan una gran incidencia en numerosísimos ámbitos de interés: • Los microorganismos fueron los primeros en aparecer y constituyen la mayor parte de la biomasa de nuestro planeta. • Se calcula que sólo se ha descrito menos del 10% de los microorganismos existentes. • Las actividades microbianas participan en diversos ciclos en la naturaleza, ejem. ciclos del carbono, del nitrógeno, del azufre o del fósforo dependen de modo fundamental de los microorganismos.

• Las actividades metabólicas microbianas son excepcionalmente variadas, siendo algunas de ellas exclusivas del mundo procariótico. • El aspecto aplicado y la incidencia económica y social de los microorganismos. 38


ASPECTOS BENÉFICO

• Todas las culturas han desarrollado de modo empírico multitud de bebidas y alimentos derivados de fermentaciones microbianas: vino, cerveza, pan, verduras fermentadas, etc. • Producción de productos industriales: alcoholes, ácidos orgánicos, antibióticos, enzimas, polímeros, etc. • La ingeniería genética, ha permitido la manipulación genética dirigida en los microorganismos, haciendo posible la producción industrial de enzimas, hormonas y productos a un bajo costo, así como en la nueva generación de medicamentos recombinantes y de terapias novedosas.

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ASPECTO PERJUDICIAL

• Pueden ser causantes de enfermedades en humanos, animales y plantas. La microbiología dedica una especial atención a los microorganismos patógenos.

• Las enfermedades microbianas han sido causa de grandes males a nuestra especie. Basta recordar que la peste (muerte negra) causó a mediados del siglo XIV la muerte de la tercera parte de la población europea, y ya en la primera mitad del siglo XV llegó a afectar a más del 75%. •

Sintomas: dolor de cabeza y articulaciones, náusea, vómitos y las terribles bubas que muestran los grabados. Se trata de una inflamación intensa de los nódulos linfáticos del cuello, las axilas y las ingles, que secretan pus y sangre.

• En América, la desaparición de buena parte de la población indígena se debió en parte a no tener defensas frente a la viruela europea. 40


• Microbiología médica, desde la época de Pasteur y Koch, en la lucha contra las enfermedades infecciosas (antisepsia, desinfección, esterilización, quimioterapia). • Nuevos retos como el SIDA, la Microbiología está contribuyendo a no perder esta permanente batalla contra los gérmenes patógenos. • La Existencia de microorganismos que afectan a animales, plantas, instalaciones industriales, que afectan a alimentos, etc., representando otras tantas áreas de atención para la Microbiología. • Los microorganismos modifican favorablemente desfavorablemente el sabor y textura de los alimentos.

y

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MICROBIOLOGÍA COMO CIENCIA BÁSICA

• Los microorganismos científicos básicos.

son empleados

en muchos estudios

• Incluyendo el área de la biología molecular y la bioquímica.

• Los conocimientos fundamentales de genética molecular, las relaciones de ADN y enzimas: – Se han obtenido gracias al uso de microorganismos, al reproducirse rápidamente en gran número con la misma composición química genética, su fácil desarrollo en los estudios genéticos y bioquímicos. – Por ser organismos unicelulares, los hace sencillos tanto genéticamente, como bioquímicamente, de tal manera que los sistemas microbianos son mas fáciles de abordar y entender que los organismos superiores más complejos. 42


• Impacto en nuestras vida cotidiana. • El control de crecimiento bacteriano, ha permitido prevenir multitud de enfermedades infecciosas. • Creación de vacunas enfermedades.

para

prevenir

y

eliminar

• Elaboración de antibióticos. • Elaboración de productos de origen alimenticio, que son elaborados con microorganismos como el pan, cerveza, vino, extractos, quesos, yogurt. 43


MICROBIOLOGÍA COMO CIENCIA APLICADA

• Desde el punto de vista practico la Microbiología ha influido nuestras vidas. • Aplicaciones en la medicina, industria, agricultura y ecología.

• En enfermedades en plantas, animales y el hombre. • Para el estudio de la prevención y tratamiento de enfermedades ocasionadas por bacterias. • Contribución al desarrollo de métodos preventivos y de tratamiento, disminuyendo tanto índice de morbilidad como de mortalidad de algunas enfermedades.

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BIBLIOGRAFIA • Madigan, M.T.; 1996 Biología de los Microorganismos (10ª ed.) Pearson Education S.A.. Madris España. • Zinsser, Joklik Willett Amos, Microbiología, Editorial Médica panamericana, 18º edición, México. • Broock Thomas 1991. Microbiología. Prentice Hall. 6a Edición. México. • Ingraham J. L.:1 998. Introducción a la Microbiología. Vol I. 2ª Ed. Wadsworth publishing Co. Belmont. California. E.U.

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EL DESARROLLO DE TÉCNICAS DE PRINCIPIOS DE LA MICROBIOLOGÍA. año

eventos

1673

Anton van Leeuwenhoek, un comerciante y fabricante de lentes neerlandés cualificados, es el primero en describir los microorganismos en detalle.

1872

Ferdinand Julius Cohn publica un documento de referencia sobre las bacterias y el ciclo de los elementos. un esquema de clasificación de principios que utiliza el nombre de Bacillus.

1872

Oscar Brefeld informes del crecimiento de colonias de hongos a partir de esporas único sobre la gelatina y el botánico alemán Joseph Schroeter crece pigmentadas colonias de bacterias en rodajas de papa.

1877

Robert Koch desarrolla métodos para la tinción de bacterias, la fotografía, y la preparación permanente de los registros visuales en las diapositivas.

1881

Koch desarrolla los medios de cultivo sólidos y los métodos para la obtención de cultivos puros de bacterias.

1882

Angelina Fannie y Walther Hesse en el laboratorio de Koch desarrollar el uso de agar como medio de apoyo a la cultura sólida.

1884

Hans Christian Gram desarrolla la tinción para la identificación de bacterias [la tinción de Gram].

1887

Primer informe de la placa de Petri por Julius R. Petri.

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Prueba