Factores que intervienen en el desarrollo y crecimiento de microorganismos (temperatura, pH, concentración de sales, oxígeno, disponibilidad de nutrientes)

Las bacterias necesitan de factores físicos para su desarrollo y crecimiento.

Grupos de microorganismos de acuerdo a la temperatura

Bacterias necesitan de una temperatura óptima para crecer y desarrollarse.
1)    Psicrófilas  4 ºC, se encuentran en ríos, lagos, mares, regiones polares; 0 ºC – 10 ó 15 ºC; Ej.: Polaromonas vacuolata
2)    Mesófilas  37 ºC; ríos, aguas calientes; bacterias “patógenas” se encuentran en animales de sangre caliente; Ej.: Escherichia coli
3)    Termófilas  60 ºC; Ej.: Bacilus stearothermophilus
4)    Hipertermófilas  88 ºC; Ej.: Thermococcus celer
5)    Hipertermófilas  106ºC; bacterias adaptadas a erupciones volcánicas; Ej.: Pyrolobus fumarii


Preferencias por el pH de algunas bacterias

    Acidófilas: pH <7
    Neutrófilas: pH=7  patógenas
    Alcalófilas: pH>7

Concentraciones de sales

•    Halófilos  requieren altas concentraciones de sal para crecer. Ej.: Archeobacterias
•    Halotolerantes  no requieren sal para crecer pero pueden crecer en su presencia.

Clasificación de los microorganismos de acuerdo a las necesidades de oxígeno

    Aerobias estrictas  requieren presencia de O2 molecular para su crecimiento (Ej. Mycobacterium tuberculosis).
    Anaerobias estrictas  no pueden crecer en presencia de O2 (Ej. Clostridium perfringens)
    Facultativas  crecen en presencia o ausencia de O2
o    Aerobia facultativa
o    Anaerobia facultativa
    Microaerofilicas  crecen con mínimas concentraciones de O2
    Anaerobios aerotolerantes

Enzimas que destruyen especies tóxicas del oxígeno

Las bacterias aerobias producen las enzimas superóxido dismutasa y catalasa, que detoxifican el peróxido de hidrógeno y los radicales superóxido (productos tóxicos del metabolismo aerobio).

Cuando una bacteria usa oxígeno, produce compuestos tóxicos que pueden dañar a la célula. Por ello hay enzimas que neutralizan estos compuestos, entre las que se encuentran:

a)    Catalasa  transforma el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno
b)    Peroxidasa  utiliza NADH para neutralizar el efecto del peróxido de hidrógeno.
Catalasas y peroxidasas contienen porfirinas.
c)    Superóxido dismutasa  neutraliza el anión superóxido. Contiene metales, fundamentalmente cobre y zinc, manganeso o hierro.
d)    Superóxido dismutasa/catalasa en combinación
e)    Superóxido reductasa  cataliza la reducción de anión superóxido a H2O utilizando citocromo c reducido  como donador de electrones.

Curva de crecimiento

    Crecimiento bacteriano: aumento del número de células microbianas en una población (incremento de la masa celular)
    Generación de células: intervalo  para la formación de dos células a partir de una. Duplicación de una bacteria.
    Tiempo de generación: intervalo que transcurre desde que se forman dos células a partir de una. También se conoce como “tiempo de duplicación”.
    Tanto el número de células como la masa celular se duplican durante cada generación.
    Hay tiempos de generación variados: 1 – 3 horas, 10 min, días.

Curva de crecimiento y muerte bacteriana. Dinámica poblacional.

Cuando se inocula una bacteria en un sistema cerrado o en un cultivo, las bacterias pasan por las siguientes 4 fases:
1.    Fase de latencia o rezago  la bacteria no empieza a crecer de inmediato, debe adaptarse al medio de cultivo, es un período de ajuste metabólico. Tiempo de adaptación a un nuevo ambiente de cultivo.
Ej.: Se inocula una bacteria en fase exponencial, por lo tanto tendrá una fase de latencia corta, ya que ha comenzado a crecer, tiene sintetizados muchos de sus nutrientes, metabolitos, etc.
Ej.: Se inocula una bacteria en fase estacionaria, tendrá una fase de latencia larga.
2.    Fase exponencial o logarítmica  Hay aumento del número de bacterias, aumenta la masa. Se están multiplicando activamente. Sintetizan enzimas, electrolitos, etc. Bacterias se dividen y duplican su población a intervalos regulares hasta alcanzar el máximo nivel posible según el tipo de medio y las condiciones imperantes. El número de bacterias aumenta a razón de 2n (“n” número de generaciones, “2” duplicación del número de bacterias)
3.    Fase estacionaria  Se da porque un nutriente esencial para el crecimiento de la bacteria comienza a escasear (ya no hay reserva de energía), o se acumulan productos tóxicos del metabolismo de la bacteria.
4.    Fase de declinación o muerte

Muerte bacteriana  pérdida irreversible de la capacidad de dividirse (multiplicarse)

Nutrición. Disponibilidad de Nutrientes.

    Macronutrientes  C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca, Na, Fe. Forman parte de todas las macromoléculas biológicas.
    Micronutrintes  Co, Cu, Zn, Mo
    Factores de crecimiento  vitaminas, purinas, aminoácidos




MACRONUTRIENTES
ELEMENTO
FUENTE
FUNCIÓN
C
Compuestos órganicos, CO2, Naftaleno
Principal componente del material celular
N
NH4, NO3, NO2
Componente de proteínas y ácidos nucléicos
S
SO4, H2S, compuestos con azufre orgánico
Componente de aminiácidos azufrados, CoA, biotina
P
HPO4
Componente de ácidos nucléicos, fosfolípidos, nucleótidos
Mg
Mg
Cofactor enzimas, pared celular, membrana y ribosomas
Ca
Ca
Componente de exoenzimas, pared celular, endosporas
Fe
Fe
Citocromos, ferredoxina, proteínas

FACTORES DE CRECIMIENTO: VITAMINAS
Vitamina
Función
Ácido p-aminobenzóico
Precursor del ácido fólico
Ácido fólico
Metabolismo de compuestos de un carbono, transferencia de grupos metilo
Biotina
Biosíntesis de ácidos grasos; β-descarboxilaciones, algunas reacciones de fijación de CO2
Cobalamina (B12)
Reducción y transferencia de restos monocarbonados; síntesis de desoxirribosa
Ácido lipóico
Transferencia de grupos acilo en la descarboxilación del piruvato y α- cetoglutarato
Ácido nicotínico (niacina)
Precursor del NAD+; transferencia de electrones en reacciones de oxido-reducción
Ácido pantoténico
Precursor de la coenzima A; activación del acetilo y derivados acilados
Riboflavina
Precursor del FMN, FAD en flavoproteínas implicadas en el transporte de electrones
Tiamina (B1)
α-descarboxilaciones, transcetolasa
Vitamina B6 (grupo piridoxal – piridoxamina)
Transformaciones de aminoácidos y cetoácidos
Grupo vitamina K; quinonas
Transporte de electrones; síntesis de esfingolípidos
Hidroxamatos
Compuestos que unen hierro; solubilización y transporte del hierro al interior celular


Necesidades metabólicas

Las necesidades mínimas para el crecimiento bacteriano son:
1)    Una fuente de carbono y nitrógeno
2)    Una fuente de energía
3)    Agua
4)    Diversos iones.

Los elementos esenciales son:
•    Los componentes de las proteínas, lípidos y ácidos nucléicos (C, O, N , H, S, P)
•    Iones importantes (K, Na, Mg, Ca, Cl)
•    Componentes de las enzimas ( Fe, Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu, Ni)

El hierro es tan importante que muchas bacterias secretan proteínas especiales (sideróforos) para concentrarlo a partir de soluciones diluidas.

El O2 constituye una sustancia tóxica para muchas bacterias.

Medios de cultivo

Solución acuosa o en estado de gel en el que están presentes todas las sustancias necesarias para el crecimiento bacteriano. Son soluciones nutritivas que se usan para cultivo de bacterias en el laboratorio. Hay medios líquidos, sólidos, semisólidos.

Un medio de cultivo líquido se le conoce como “caldo”, y en este medio, el crecimiento se detecta por turbidez.

Cuando una bacteria se inocula en un medio de cultivo sólido, se separa por un método que se llama por estrías para tener colonias aisladas de la bacteria. El crecimiento se detecta por la formación de colonias.

Características de los medios de cultivo:
-    Medio nutritivo básico: peptona, extracto de carne, dependiendo de la particularidad o exigencia de cada bacteria.
A partir de este medio nutritivo básico se agregan otros componentes para hacer diferentes medios (enriquecidos, selectivos, etc.):
-    Solidificarse  agar (agente solidificante del medio de cultivo)
-    Enriquecerse  suero, líquido ascítico, sangre y otros factores de crecimiento, para bacterias exigentes.
-    Propiedades fermentadoras  azúcar, indicador ácido – base
-    Capacidad de la bacteria de reducir nitritos a nitratos o formar indol  se le agrega nitrato, triptófano
-    Selectivos  inhibidores específicos para el crecimiento de algunos microorganismos y elimine otros.

Por su consistencia los medios de cultivo pueden ser:
•    Líquidos
o    Nutritivos  Crecimiento rápido; todo tipo de bacteria
    Caldo tripticasa soya
    Caldo infusión cerebro corazón
o    Enriquecimiento  aumentar crecimiento de ciertas especies; inhibir microorganismos no deseados
    Caldo tioglicolato
    Caldo selenito
•    Sólidos
o    Agar
    Agar tripticasa soya
o    Huevos (de amor) enteros de gallina
    Lowenstein Jensen para cultivo de micobacteria tuberculosis
•    Semisólidos

Por su composición, pueden ser:
    Simples
o    Agar con un nutriente
    Agar tripticasa soya
    Enriquecido
o    Suero
    Suero coagulado de Loffler
    Orgánicos complejos
o    Base, huevos, indicadores, inhibidores, sales, aminoácidos, asparagina
    Lowenstein Jensen
    Otros ejemplos: empíricos, sintéticos, semisintéticos

Por su uso, pueden ser:
    Aislamiento primario
o    No selectivos
    Agar 5% de sangre carnero
o    Selectivos y diferenciales  inhibe grampositivas, separan fermentan lactosas y las que no¿?
    Agar Mac Conkey: Es selectivo porque sólo permite el crecimiento de gram negativas e inhibe el crecimiento de gram positivas. Es diferencial porque diferencia las bacterias que fermentan o no la lactosa.
    Agar eosina
    Azul de metileno
    Enriquecidos  Aseguran el crecimiento, bacterias patógenas difíciles
    Agar sangre
    Agar chocolate
    Resiembra  Para obtener cultivo puro
    Agar tripticasa soya
    Diferenciales  Lectura de actividad bioquímica
    Indol, rojo de metilo, urea, TSI
    Mantenimiento de cepas  Controles investigación
    Agar tripticasa cistina
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