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• Descubrió, lo que él llamaría “animáculos”, y que en la actualidad se conocen como protozoos y bacterias.
• Se enfrentó a la teoría, por aquel entonces en vigor, de la generación espontánea demostrando que gorgojos, pulgas y mejillones se desarrollaban a partir de huevos diminutos.
• Pionero en el descubrimiento de los glóbulos rojos, los espermatozoides, las bacterias y los ciclos vitales de los insectos.

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• Describió en detalle las estructuras de diversos insectos, fósiles y plantas partiendo de una serie de observaciones microscópicas.
• Después de examinar la estructura porosa del corcho, Hooke acuñó el término "células" para designar las minúsculas celdillas poliédricas que veía.
• En el campo de la biología descolló por sus ideas preevolucionistas, apuntando a la existencia de infinidad de especies extintas e hizo importantes aportaciones a la fisiología de la respiración.

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• Realizó importantes estudios sobre la reproducción artificial.
• Demostró la acción del jugo gástrico en el proceso digestivo.
• Demostró la acción del intercambio de gases en la respiración.

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• Demostró que la comida se pudría debido a la contaminación de los microbios que estaban en el aire. Y argumentó que estos podían causar enfermedades.
• En una serie de cuidadosos experimentos, Pasteur descubrió que calentar el vino a 55º, mataba a las bacterias sin arruinar el sabor. Ese proceso, que después se conoció como la pasteurización, salvó a la industria vinícola y consolidó la fama de Pasteur.
• La industria de la seda estaba en una crisis causada por una misteriosa enfermedad que atacaba al gusano de la seda.  Y a pesar de que nunca había tocado a un gusano de la seda en su vida. Le dedicó seis años al estudio, descubrió que la infección era transmitida por parásitos y demostró que los gusanos infectados debían ser aislados y destruidos.

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• Descubrió la bacteria productora del ántrax o carbunco.
• Descubrió la bacteria productora de la tuberculosis.
• Se le considera, junto a Louis Pasteur, el padre de la bacteriología, y el que sentó las bases de la microbiología médica moderna.

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• Estableció los principios básicos de la virología, con el descubrimiento del virus del mosaico del tabaco. Con ello demostró que una enfermedad de la planta del tabaco era causada por "un agente más pequeño que una bacteria"
• Puso en práctica diversos métodos para el estudio de microbios del ambiente.
• Descubrió el llamado fenómeno de la reducción bacteriana del sulfato (una forma de respiración anaerobia) y el proceso por el cual el nitrógeno es fijado y convertido en amonio para ser aprovechado por las plantas.

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• Fue el descubridor de los procesos de nitrificación y fijación de nitrógeno en la biología del suelo.
• Estudió la fisiología de las bacterias que llevan a cabo estos procesos.
• Las contribuciones de Serguéi Vinogradski al campo de la bacteriología fueron de gran importancia y sirvieron para impulsar numerosas investigaciones posteriores.

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• Durante los años treinta y cuarenta investigó las actinomicetáceas en busca de algún antibiótico, término que él acuñó en 1941.
• En 1943 consiguió aislar, con la ayuda de Albert Schatz, la estreptomicina, que resultó ser muy útil contra la tuberculosis y permitió controlar esa enfermedad;
• En 1949 halló la neomicina.

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De los múltiples temas que ha estudiado, se hace una partición en tres grandes líneas de investigación:
• Primera, el estudio de la quitina, la glucana sintasas, y la estructura y síntesis de la pared de los hongos.
• Segunda, bases moleculares de la diferenciación y morfogénesis de los hongos.
• Por último, la función del metabolismo de las poliaminas en la diferenciación fúngica.

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• Elaboró junto con otros siete investigadores el Centro de Fijación de Nitrógeno (ahora de Ciencias Genómicas) y el Instituto de Biotecnología.
• Destaca su contribución seminal en el descubrimiento y desarrollo de desmoteplase, el cual es un agente fibrinolítico, originalmente extraído de la saliva del vampiro, muy útil para tratar diversos padecimientos tromboembólicos.
• En colaboración con el Dr. Lourival Possani, investigó en 1990 dos actividades anticoagulantes descubiertas en su laboratorio. Éstas, una antiplaquetaria (Pallidipina) y otra antitrombínica (Triabina) fueron encontradas en la saliva de la chinche besucona (Triatoma).

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• Ha realizado investigaciones que condujeron a obtener las primeras plantas modificadas por ingeniería genética y los métodos actuales que se utilizan para producirlas de manera rutinaria.
• Realizó estudios pioneros de los mecanismos de regulación génica en plantas, demostrando que la regulación transcripcional de genes vegetales reside en la región promotora de los mismos.
• Identificó los primeros elementos potenciadores y silenciadores de la transcripción en sistema vegetales.