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Ambos demostraron que solo un mosquito producia paludismo.
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Descubrió al microorganismo denominado Micrococcus melitensis (desde 1920 nombrada Brucella melitensis en su honor) causantes de la fiebre de Malta.
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Descubrieron y crearon la vacuna para la difteria extrayendo el veneno de un paciente e inyectándola a otro.
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Estudió la fiebre de Texas, una enfermedad que debilita al ganado. Descubrió la Babesia bigemina, el parásito protozoo transmitido por la garrapata que es responsable de la fiebre de Texas.
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Preparación de arsénico orgánico empleada en el tratamiento de la sífilis y de la fiebre recurrente, y del neosalvarsán,a la que él mismo llamó bala mágica o salvarsán (arsfenamina).
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Tuvo aportaciones hacia la etiología, control y transmisión de enfermedades epidémicas como la fiebre amarilla y la fiebre tifoidea. Descubrió que la fiebre amarilla se transmite por la picadura del mosquito Aedes aegypti.
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Observó bacterias capaces de permanecer en el ambiente y contagiar a personas, sin necesidad de estar en contacto con otros enfermos, denominados bacilos de Koch.
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Formuló la "teoría de la facocitiósica", en la cual definió la función del sistema inmune de resistir enfermedades, particularmente de las células blancas (leucocitos), que son capaces de reconocer intrusos y atacarlos.
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Identificó el germen que causa la tuberculosis
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Descubrió que la fermentación era iniciada por organismos vivos, concretamente por levaduras.
Redescubrió la anaerobiosis -
Le inyectaron cerebro machacado infectado de rabia de un conejo a un perro, el perro sanó y le volvieron a inyectar una pequeña dosis y sobrevivió
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Descubrimiento de la pasteurización, el proceso térmico que es realizado en líquidos a fin de reducir la presencia de agentes patógenos que puedan contener.
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La primer vacuna fue descubierta al investigar cólera aviar.
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Indagó sobre la fecundación natural y artificial. Se concluyó que la presencia de semen es indispensable para la concepción de un nuevo ser vivo.
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Investigó la capacidad de regeneración en muchos animales.
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Descubrió los glóbulos rojos, los espermatozoides, las bacterias y los ciclos vitales de los insectos.
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Descubrió, lo que él llamaría “animáculos”, y que en la actualidad se conocen como protozoos y bacterias.
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Construyó lentes biconvexas montadas sobre placas metálicas, que se sostenían muy cerca del ojo. A través de ellas podía observar objetos, ampliándolos hasta trescientas veces.